菱形凸凹模铣削加工方案设计与动画仿真验证

【任务导入】

某菱形凸凹模的三维实体（图10-2）和工程图（图10-3），试对其进行铣削加工。

图10-2 菱形凸凹模三维实体

图10-3 凸凹模工程图

【任务分析】

本凸凹模需要加工的部位有上下表面与四周侧面、菱形凸台外轮廓表面、菱形凸台内腔、两台阶平面及两端矩形内腔，模具零件精度要求通常较高，本任务的关键是菱形凸台内腔、台阶面及台阶矩形内腔的粗（精）加工操作的创建与动画仿真验证，并生成程序单。

【工作步骤】

1.加工前的准备工作

1）工艺分析：其外形尺寸精度要求不高，因此可以在普通机床上加工出146mm×100mm×22mm的长方体作为毛坯，在数控机床上四个侧面及上、下表面都可不用加工。其工序安排见表10-2。

表10-2 工序安排表

2）创建毛坯：为能看到动画仿真，创建一个146mm×100mm×22mm的长方体毛坯，要与零件重合创建（通过底边反拉伸），不是布尔求和。通过【编辑】→【对象显示】选择毛坯，拖动【透明度】滑条将其设为半透明（也可分为不同层），如图10-4所示。

2.加工环境初始化

选择【开始】/【加工】，进行加工环境设置，选择，单击【确定】按钮，进入加工模块。

3.创建刀具（组）

选择【插入】/【刀具】（或单击工具条上的图标），弹出【创建刀具】对话框；选择【类型】为“mill_planar”（平面铣），【刀具子类型】为“mill”（立铣刀），【刀具位置】为“GENERIC MACHINE”，输入【名称】为“LXD10”，单击【确定】按钮，弹出【铣刀参数】对话框，设参数【直径】为10，调整记录器（【补偿寄存器】）为1，【刀具号】为1，单击【确定】按钮，完成刀具的创建，如图10-5所示。同理，创建φ6立铣刀与φ4立铣刀（只需更改相应参数）。

图10-4 凸凹模毛坯图

图10-5 设置刀具参数并创建刀具

4.创建几何体

选择【插入】/【几何体】（或单击工具条上的图标）。

1）创建坐标系：在弹出的【创建几何体】对话框中做如图10-6所示的设置，单击【确定】按钮。

在弹出的【MCS】对话框中单击【指定MCS】栏后的按钮，弹出【CSYS】对话框，在【操控器】栏下的【指定方位】后单击按钮，在弹出的【点构造器】中输（73，50，20）（设置加工坐标系原点在零件上表面中心处），单击【确定】按钮，如图10-7所示，在返回的【MCS】对话框中进行安全平面设置（图10-8），单击【确定】按钮。

图10-6 创建几何体

图10-7 指定加工原点

图10-8 指定安全平面

2）创建工件（毛坯）：单击工具条上的图标，在弹出的【创建几何体】对话框中做如图10-9a所示的设置，单击【确定】按钮；弹出【工件】对话框，如图10-9b所示。

图10-9 设置参数

a）选择几何体类型和子类型 b）【工件】对话框

①指定毛坯：在【工件】对话框中单击“指定毛坯”工具，弹出【毛坯几何体】对话框，在绘图区选择毛坯体（图10-10），单击【确定】按钮，回到【工件】对话框。

图10-10 指定毛坯几何体

②指定部件：在返回的【工件】对话框中单击“指定部件”工具，弹出【部件几何体】对话框，在“部件导航器”区域通过右键将毛坯体隐藏，在绘图区选凸凹模零件（图10-11），单击【确定】按钮，回到【工件】对话框，再次单击【确定】按钮，完成工件（毛坯）的创建。

图10-11 指定部件几何体

5.创建加工方法

1）第一道工序XX（铣削）方法设置：选择【插入】/【方法】（或单击工具条上的图标），弹出【创建方法】对话框，选择【类型】为“mill_planar”，【位置】为“METH-OD”，【名称】为“XX”（铣削），单击【确定】按钮，在弹出的【铣削方法】对话框中设置【部件余量】为0，【内公差】和【外公差】为默认设置，单击对话框中的图标，弹出【进给】对话框，在【更多】栏下设置【进刀】、【第一刀切削】、【步进】、【剪切】为150，其余为0，单击【确定】按钮。

2）粗加工（第2、4、5道工序）加工方法设置：选择【插入】/【方法】（或单击工具条上的图标），弹出【创建方法】对话框，选择【类型】为“mill_planar”，【位置】为“METHOD”，【名称】为“CJJ”，单击【确定】按钮，在【铣削方法】对话框中设置【部件余量】为0.5；【内公差】和【切出公差】为默认设置，单击对话框中的图标，弹出【进给】对话框，在【更多】栏下设置【进刀】、【第一刀切削】、【步进】、【剪切】为200，其余为0，单击【确定】按钮。

3）精加工方法（第3、6、7道工序）设置：选择【插入】/【方法】（或单击工具条上的图标），弹出【创建方法】对话框，选择【类型】为“mill_planar”，【位置】为“METHOD”，【名称】为“JJG”（精加工），单击【确定】按钮，在【铣削方法】对话框中设置【部件余量】为0，【内公差】为0.03，【切出公差】为0.03，单击对话框中的图标，弹出【进给】对话框，在【更多】栏下设置【进刀】、【第一刀切削】、【步进】、【剪切】为100，其余为0，单击【确定】按钮。

6.创建铣削菱形凸台工序

1）选择【插入】/【工序】（或单击工具条上的图标），弹出【创建工序】对话框，选择【类型】为“mill_planar”，【子类型】为“PLANAR-MILL”，【程序】为“NC-PRO-GRAM”，【使用几何体】为“GONGJIAN”，【使用刀具】为“LXD10”，【使用方法】为“XX”，【名称】为“XLXTT”，单击【确定】按钮，在弹出的【平面铣】对话框中单击“指定部件边界”，弹出【边界几何体】对话框在【模式】下选择“面”模式（同时勾选【忽略孔】和【忽略岛】复选框），选中零件（菱形）表面，单击【确定】按钮，如图10-12所示。

图10-12 指定边界几何体

2）在返回的【平面铣】对话框中单击第二个图标，用来指定毛坯边界，单击【选择】按钮，弹出【边界几何体】对话框，显示隐藏毛坯，选上表面以定义毛坯边界（图10-13），单击【确定】按钮。

图10-13 指定毛坯边界

3）在返回的【平面铣】对话框中单击第六个图标来指定铣削底面，弹出【平面】对话框，选底座上表面为铣削底面（图10-14），单击【确定】按钮。

图10-14 指定铣削底面

4）在返回的【平面铣】对话框中，单击“切削层”按钮，在弹出的【切削层】对话框中设置【每刀深度】为2mm，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

5）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入1000，然后单击其后的“生成进给与速度”计算器）与【机床控制】栏下的相应设置，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

6）做刀具轨迹设置（图10-15），然后单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

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图10-15 做刀具轨迹设置并生成刀具轨迹

7.创建粗铣菱形内腔工序

1）选择【插入】/【工序】（或单击工具条上的图标），弹出【创建工序】对话框，选择【类型】为“mill_planar”，【子类型】为“PLANAR-MILL”，【程序】为“NC-PRO-GRAM”，【使用几何体】为“GONGJIAN”，【使用刀具】为“LXD10”，【使用方法】为“CJG”，【名称】为“CXLXNQ”，单击【确定】按钮；在弹出的【平面铣】对话框中单击“指定部件边界”，弹出【边界几何体】对话框，在【模式】下选择“曲线/边”模式（注意：【材料侧】改为“外部”），选中零件内腔棱边曲线，单击【创建下一个边界】（图10-16），单击【确定】按钮。

2）在返回的【平面铣】对话框中单击第六个图标来指定铣削底面，弹出【平面】对话框，选菱形内腔底平面为铣削底面，将【偏置】设为0.5（为精加工留0.5mm余量），单击【确定】按钮。

图10-16 创建边界

3）在返回的【平面铣】对话框单击“切削层”按钮，在弹出的【切削层】对话框中设置【每刀深度】为2mm，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

4）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入800，然后单击其后的“生成进给与速度”计算器）与【机床控制】栏下的相应设置，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

5）做刀具轨迹设置（图10-17），然后单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

图10-17 生成刀具轨迹

8.创建精铣菱形内腔工序

1）选择【插入】/【工序】，弹出【创建工序】对话框，将【使用刀具】改为“LXD6”，【使用方法】更改为“JJG”，【名称】更改为“JXLXNQ”，其他的设置与粗铣菱形内腔工序相同。

2）指定菱形内腔底平面为铣削底面，将【偏置】值更改为0。

3）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入1200）与【机床控制】栏下的相应设置。

4）刀具轨迹设置与粗铣菱形内腔工序一致。

9.创建粗铣两端台阶面工序

由于该零件两端的台阶面没有在同一水平面上的边界，因此在加工这个部位时无论是选择面还是选择边界都不好操作（会将所有的菱形边一同往下切削成同一水平面），为了操作方便，对此零件做辅助面。回到建模模块，绘制两个与要切削去的面域重合的矩形，选择【插入】/【曲线】/【直线】，将两端的内腔表面轮廓曲线连成封截面曲线（图10-18），选择【插入】/【曲面】/【有界平面】（或在工具条选项中调出），依次单击【确定】按钮（创建两个有界平面，如图10-18所示），回到加工模块（备注：也可用“直纹面”作为此两个辅助面）。以ZBX为父系组再次创建“几何体”（名称为GONGJIAN1），方法与前面类似，但在“指定部件”时要在绘图区将凸凹模零件及所创建的两个辅助面都选中。

图10-18 创建辅助平面

1）选择【插入】/【工序】（或单击工具条上的图标），出现【创建工序】对话框，并做如图10-19所示的设置，单击【确定】按钮。

2）在出现的【面铣】对话框中单击【指定面边界】栏后的按钮，弹出【指定面几何体】对话框，“过滤器类型”选择，在绘图区分别选两端台阶面和有界平面（图10-20），单击【确定】按钮。

图10-19 创建工序

图10-20 指定边界

3）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入800）与【机床控制】栏下的相应设置，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

4）将【毛坯距离】设为3（即台阶面到菱形凸台外轮廓底面之间的距离）。

5）刀具轨迹设置如图10-21所示，然后单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

10.创建精铣两端台阶面工序

1）选择【插入】/【工序】，弹出【创建工序】对话框，选择【刀具】为LXD6，【方法】为JJG，其他设置与粗铣两端台阶面工序相同。

2）“指定面边界”与粗铣两端台阶面工序相同。

3）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入1200）与【机床控制】栏下的相应设置。

4）将【毛坯距离】设为0.5mm（即加工余量）。

图10-21 生成刀具轨迹

5）刀具轨迹设置与粗铣两端台阶面工序类似，单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

11.创建粗铣两端内腔工序

为避免影响，将创建的两辅助面（有界平面或直纹面）隐藏。

1)选择【插入】/【工序】（或单击T具条上的图标），弹出【创建工序】对话框，并做如图10-22所示设置，单击【确定】按钮。

2）在弹出的【面铣削区域】对话框中单击【指定切削区域】栏后的按钮，弹出【切削区域】对话框，在绘图区分别选择两端腔体底面，单击【确定】按钮。

3）【毛坯距离】设为8（即两端内腔底面到两台阶面之间的距离）。

4）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入800）与【机床控制】栏下的相应设置，单击【确定】按钮，返回【平面铣】对话框。

5）做“刀具轨迹设置”，如图10-23所示，然后单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

图10-22 创建工序

12.创建精铣两端内腔工序

1）选择【插入】/【工序】，弹出【创建工序】对话框，选择【刀具】为LXD4，【方法】为JJG，其他设置与粗铣两端内腔工序相同。

2）“指定面边界”与粗铣两端内腔工序相同。

3）与前述方法类似，分别完成【进给率和速度】（【主轴转速】输入1200）与【机床控制】栏下的相应设置。

4）将【毛坯距离】设为0.5mm（即加工余量）。

5）刀具轨迹设置与粗铣两端小平面工序类似，单击“生成刀具轨迹”图标，生成刀具轨迹。

图10-23 设置参数

13.观看全部操作的动画模拟

打开【工序导航器】，在其中选择共同的几何体“GONGJAN”或其父本组“ZBX”，单击工具条中的，取消勾选【刀具轨迹生成】的4个复选框，单击【确定】按钮，单击，在【可视化刀具轨迹】中选择“动态”，调整仿真速度后单击【播放】按钮（备注：在【工序导航器】中选中对象，单击右键，可进行编辑。在【程序次序视图】下可以通过拖动来改变加工顺序）。

14.后处理生成加工程序

打开【工序导航器】，在其中选择共同的几何体“GONGJAN”或其父本组“ZBX”，单击工具条中的，在【后处理】对话框中选择【可用机床】为“MILL-3-AXIS”，选择程序文件的存储路径，单击【确定】按钮。