【分享】应用QUICKNC加工石墨电极

应用QUICKNC加工石墨电极
  
作者：共立精机（大连）有限公司 赵学庆 冯晓梅
     
          
   
     
  
【摘要】压铸模具中石墨电极的编程加工要求快速、准确，Cimatron公司开发的全新产品--QuickNC软件很好地适应了这种要求。本文通过石墨电极加工的一个实例，展示QuickNC高效率的编程手段。
  
在传统的压铸模具的制造过程中，电极的NC加工占有近60％的份额。提高电极的加工效率会对缩短整个模具的制作过程起着重要的作用。
  
一. 石墨电极的加工特点
  
工业用石墨质硬而脆，在NC加工时对刀具的磨损较为严重，一般建议使用硬质合金或金刚石涂层的刀具。由于刀具的价格较高，而且电极在加工过程中往往需要多把刀连续加工，因此对刀具轨迹的准确性有较高要求。复杂型腔的放电加工有时需要上百个电极，因此CAM的工作量是很大的。
  
石墨在荒加工时刀具可直接在工件上下刀，精加工时为避免崩角、碎裂的发生，常采用轻刀快走的方式加工。一般而言，石墨在切深小于0.2mm的情况下很少发生崩碎，还会获得较好的侧壁表面质量。由于加工程序的数据量较大，复杂电极的加工时间有时达到50小时。  
  
二. QuickNC软件的特点
  
1. 简洁的曲面编辑功能
  
QuickNC可读取IGS、STEP等标准格式的数据，在数据转换的过程中如果有丢失的曲面，可选取该曲面周围的曲线，然后使用3D CAP的功能将缺陷面缝补好，简单易行，不需要复杂的CAD手段。
  
2. QuickNC很少的加工参数
  
QuickNC的荒加工参数不超过十个，精加工参数不超过十五个，这对于电极繁复的CAM过程是一个解放，对于初学者来说也是非常容易掌握。
  
3. 节时的快速预览功能
  
QuickNC的预览功能的确为CAM人员节省了很多为查看刀具轨迹而进行计算的时间。通常情况下，对较为复杂的模型，CAM人员往往要反复计算、查看，直至获得满意的刀路轨迹。在高速加工的条件下，对十几兆甚至几十兆的文件进行反复计算，对CAM来说是一件很"痛苦"的事情。我们曾经使用QuickNC对一个数据量为二十四兆大小的电极模型进行计算，预览的过程仅用30秒钟左右，对有经验的CAM来说，很容易发现问题，改正参数，获得满意的刀路轨迹，这确实是很"痛快"的事情。
  
三. 应用QuickNC加工电极实例
  
  

如图3-1所示石墨电极的毛坯尺寸为140.×70.×100.mm，成型的筋宽度为1.6mm,加工深度为70.mm。这种类型电极的外形尺寸中等，形状较为复杂，在石墨电极中较为普遍的模型。由于筋的脆弱，CAM的加工策略为：先荒加工筋以外的形状，再一次精加工出筋内侧的方式。
  
1. 荒加工（Rough mill）
  
使用Φ11B涂层球头铣刀，采用环切的加工方式（Spiral cut），切深(Down step)2.0mm,步距(Side step)2.0mm，主轴转速1500rpm,进给速度350mm/min。使用预览功能（5秒），加工效果如图3-1-1所示。铣刀没有进入筋的内部，筋外部的余量都被去除了，符合工艺的要求。按OK 退出。程序计算（Execute）的时间为2分钟，加工时间为4.4小时。

2. 精加工(Finish mill)
  
精加工选用Φ6B球头铣刀，采用层切削后加平行铣削（Layers & parallel）的加工方式，平行加工限制角度（Slope）45°以上的曲面。由于筋很细，只能进行一次精加工，在电极减寸量的控制上要充分考虑让刀的余量数值。层切深0.15mm,平行切削步距0.3mm,精度（Tolerance）0.01mm,主轴转速1800rpm,进给速度450mm/min。预览（15秒）轨迹如图3-2-1。程序计算时间为5分钟，加工时间为7.2小时。
  
图3-2-1

3. 角部余量清除（Clean up）
  
曲面的根部圆角为R2.5mm,因此选用Φ4B球头铣刀。根据前把刀的直径及加工参数，QuickNC自动计算出需要加工的部位。如果刀具进入了干涉部位，使用Sketcher绘出一个2D边界，将此边界作为约束边界(Containment),则刀具轨迹在此部位被去除。如图3-3-1中红色矩形为约束边界，绿色面投影范围内的部位为清根加工部位。使用缺省的半精加工（Rerough）参数，精加工（finish）参数为：
  
Down step =0.3mm,
Side step =0.5mm,  
Tolerance =0.01mm,
Spindle =2000rpm,
Feed =400mm/min。
  
预览（10秒）如图3-3-1中黑色展示，程序计算时间为3分钟，实际加工时间为1.2小时。加工轨迹如图3-3-2中黑色所示。
  
有经验的CAM人员，从调入模型，设置坐标系、毛坯、确定加工工艺、参数至预览加工效果，整个过程约需要10分钟左右。当计算完毕，再补充修改参数1至2次，整个CAM过程（含3次程序计算时间30分钟，在此过程中可同时使用QuickNC制作加工工艺指导书）约需要45分钟。
  
图3-3-1
  
图3-3-2

图3-3-2

4. 编辑加工指导书
  
如果说QuickNC的快速预览功能为我们节约了时间，其编辑尺寸标注的屏幕打印功能则为我们提供了接近正规图纸的图面指示，避免了许多笔误。只要点击二维或三维标注图标，尺寸就会显示在屏幕上。使用Mark up图标，可将CAM的简短注释标注在需要注意的部位。将视图转换为正视图，如图3-4-1所示，使用打印预览，就可编辑打印带有尺寸标注的指导书。难能可贵的是在程序计算的同时可编辑、打印。往往是在程序计算结束时，所有的指导文件也编辑、打印完毕，犹如"立等可取"。
  
图3-4-1
  
四. 结束语
  
综上所述，我们在应用QuickNC加工压铸模具近百个石墨电极的过程中，对加工精度、刀具轨迹的合理性、加工所用时间、修改的方便程度、CAM所用时间做了比较，差别最明显的是，使用QuickNC编程效率提高了近三倍。对大量石墨电极的编程、加工而言，QuickNC的确是很好的CAM工具。

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