FANUC高速加工功能在模具加工中的应用 附模具加工中高速切削加工技术的应用.docx

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1、以结果对比的方式对发那科经济型数控系统的模具加工功能进行试验，采用具有典型特 征的行位镶件试切加工，并调用发那科系统AI轮廓控制功能的各个精度等级或修改对应的 系统参数，使机床实现快速、精确的伺服控制，改善机床的动态特性，最后对得到的不同加 工质量的曲面进行分析。AI轮廓控制是发那科高速加工功能中的一项，对工件质量要求较高时普遍采用此控制 方式。FANUC数控系统提供多种高速、高精度控制功能，可使系统在加工过程中增加程序 预读段数，预知加工轨迹，从而提前做出判断。还可以通过对相应参数的调整，达到优化表 面质量、减小形状误差、提高加工效率等目的。图1需要CNC加工的行位镶件1 .制造前准备（1）

2、产品分析 试验产品是某品牌汽车进气室模具中的行位镶件，如图1所示。镶件 与塑胶产品模型通过软件求差运算得到的曲面造型尺寸为74mmX 17mm,曲面最小凹处拐 角半径为2.23mm,造型表面无内尖角和多轴加工特征（见图2）。图2曲面上多处的拐角该汽车进气室产品通常在高温下工作，属于无法直接看到的汽车内部件，其表面质量要 求较低，选用PA66+30%玻璃纤维作为塑胶产品的材料。加入30%玻璃纤维后，尼龙材料 尺寸稳定性、耐热性和耐老化性都有提升。PA66材料在注射模具过程前的熔化温度达到 230280,由于模具的温度需要达到8090才有良好的结晶度，所以其模具钢材要具 有耐高温的特性。选用1.2

3、738模具钢作为行位镶件材料，该模具钢具有相对优越的力学性 能、良好的可加工性和较高的出厂硬度。（2）加工轨迹优化对比在UGNX软件中的“固定轮廓铳”选项（尤其是该选项下的“驱动方法”选项）中合理地设置参数，可以获得更优化、更快速的铳削刀轨。如图3所示，“驱 动方法”选择“区域铳削”，点击“生成刀轨”，默认生成了平行于加工坐标系X轴的加工 刀轨（见图3a）。考虑到该产品有较多相同的拐角特征，所以重新指定“区域铳削”中的“切 削角”参数，在“切削角”选项下选择“矢量”，指定“矢量”平行于加工坐标系的Y轴， 随后点击“生成刀轨”，得到了一段旋转90。后的切削刀轨（见图3b）。a）默认策珞生成的横向

4、加工轨迹b）指定切削角度后生成的加工轨迹图3加工轨迹两段加工刀轨通过UG软件生成刀轨报告（见表1）,对比发现：在相同的进给速度、 切削模式、刀轨步距、驱动方式和轨迹精度的条件下，两个刀轨后处理得到的NC代码大小 不同，分别是1315200字节和832473字节，因此程序长度是影响加工时间的主要原因。表1 UG软件报告的刀轨参数项目默认策略4成的横司 加工轨作相定切削角度成的 加工轨态“/ (mmtnin)10001000切以模式住复往复恒定步距也皿0.10.1多也应用部位在部件上在部件上UG模扣的虹附向25 41*14* 22*NC文评大小（字节）1315 200S32 473（3）制造装备的

5、选择 模具中的零件对精度要求高，其加工设备不但要具有数控功能, 还要有能适应加工条件的力学性能。本产品的加工选用了制造车间里搭配有 FANUCSeriesOi-Mate-MD操作系统的国产加工中心（加工中心的主要性能参数见表2）,该 FANUC操作系统原有的先行控制功能已升级为AI轮廓控制（AICCI）功能，在软件驱动 上改善了机床的机械运动性能。选用以X、Y轴为线轨、Z轴为硬轨的机床设备，主轴安装 的刀柄是数控机械加工主流的BT40刀柄，机床最高转速可达8000r/min,其通用性可满足 常规的加工工序。袤2 数控统床理商达VCM1050主要性艇参数规格工作台（长*宽）/ （mm* mm）1

6、370 x 405卞岫华工作台面距，（mm - mm）B5-780刀柄型号BT40卞输电机力率,MW75 （交流依*）土轴PIN精度Em0.005工r.即快序逋度/ imnimin）15000切削进蛤速度，1皿nun）1-10 000检9项目L标精度定位精度，血小0.019艰0.016 5Z岫0.019重复定位精度，加m0.015汨0.0120.015为了避免对比加工结果时外来条件的干扰，精加工时使用相同的刀具和相同浓度的切削 液，采用相同喷射力度并关闭油雾收集器等外部设备。2.FANUC0iMate-MD数控系统高速加工功能调试（1） FANUCOi-Mate-MD系统中的AI轮廓控制功能

7、通过AI轮廓控制功能可以实现 进给速度的加快，伺服系统的延迟和加、减速的延迟，从而减少机械加工中的形状误差。如图4所示，可通过系统设定界面检查该FANUC系统中是否具有AI轮廓控制功能， 在机器上依次按“SET” ” + ” “精度LV”键。如果系统有AI轮廓控制功能（AICC）,则可 设定速度优先或精度优先的参数集，从而在加工时指定适合加工条件的精度级。当系统内设 定的加工条件仍无法满足零件的加工需求时，可以单独调整相应的参数号来改善加工条件。 Oi-Mate-MD和Oi-MD系统AICC I功能具体可选择条件见表3。Oi-Mate-MD系统中AICC I功能对应的功能参数设定见表4。图4

8、Oi-Mate-MD系统精度选择界面表3 0/*凯小加和3加系统庆10：1功能具体可选择条件功旄Oj-Maie-MDOf-MDAICC 1AICC I修读和序段政埸k1640播补前直线形加M速在械括补前骨型皿速选择进拷拄干各轴遹度泰的速度控制在基干UWL抢补中加速度的速直柠制械基于加速度的迪度控制硒械中滑速度控制基于切削负数的速度控制忽略速度指令表4 B-Mate-MD系统中AICC I功能对应的功能参数设定目相(敬号) (箕整范出)各”升前最大 允许加速度/ (minis7) (Ko.1660) (250 - 5000)钟需加减速 行间常敛， ms(No.1772) (0-100)各轴AI8

9、AIAPC 柠制中大先许 蛔度Xnmvs：) (No.1737) (200-3750)各轴插八 时同常初ms(No. 1769) (0-100)基于拐用速度在 或违圻的允许 速度不(mnW血) (Ko. 1783) 200-1000)各岫闻气修产 时最大允许 加速度/(mm*) (No.1735) (200 -3 750)LV14000243 000245003 000LV105006440016400400减用需动修低力大降低增大降低降欧减少城工深茶降低增大降低降性降低降低检升表面镇量降低增大降低降低降低缩物循环时间啾降低*增大啾注：优先等就商用麦小，优先等缎中等用,优先等场低尢.(2)发那

10、科AI轮廓控制功能(AICC I )启动指令 在Oi-Mate-MD系统使用G05.1 时，务必利用单程序段指定。当各程序文件需要调用不同的加工条件时，需要以G05.1Q1RX 的方式选择加工条件，如使用G05.1Q1R10,则接下来将以精度优先的方式运行该段程序后 的指令。程序结束前应该指定GO5.1QO,需要利用单程序段指定该指令，也可用复位来解除 AI轮廓控制方式。以上启动方式对应Oi-Mate-MD系统参数号No.l604#0,当#0的值置1时，执行加工程 序时将自动开启AI轮廓控制功能，当#0的值置0时，可以用G05.1Q1程序段将AI轮廓控 制功能生效。(3) AI轮廓控制功能(A

11、ICC I )调整 控制AICC I方式下的加、减速度方法有三种: 通过加工程序指定vf作为基准速度。在G05.1Q1RX程序段中指定“x”的精度等级。 设定对应参数号的值。在AI轮廓控制功能下，若指定速度超过系统设定的进给速度，系统将进行插补前加、 减速控制，通过预读程序段自动控制进给速度。进给速度也可通过设定以下参数进行控制:各轴插补前最大允许加速度No.l660o各轴AICC控制中最大允许加速度No.l737o基于拐角速度在减速时的允许速度差No.l783o各轴圆弧插补时最大允许加速度No.l735o3 .加工结果分析加工结果汇总见表5,从1号件和2号件的加工表面质量图可以看出，在相同刀

12、具和加 工轨迹的情况下，将系统参数No.1604#。置1后，修改功能启动参数前后的程序，加工时间 仅相差10s左右，AI轮廓控制功能加工的刀纹较平顺，表面刀纹方向平行于加工轨迹，但 曲面的加工效果不理想。表5加工结果汇总江，送给总度、1000皿皿，“*XOOOtma, CG加工时同为14 22- , 77M 均为DflC.停弓府在等场i衣：；卡皿n:-工工升百：质量图1无0.03二LV10.033无0.01. 1114IAH0.01|_H51V100.01%F!6代化及*0.01is- r随后通过修改加工轨迹的公差，将轨迹公差提高到0.01mm, NC文件的大小也随之提 高了 1/3,小线段进

13、给增多。1号件和3号件的轨迹长度相同，轨迹公差分别为0.03mm和 0.01mm,程序实际加工时间相差不大，刀纹随着轨迹的公差提高而更平滑。但在大文件程 序加工中，因系统预读程序段少，在加工陡峭面时机械会发生振动和多次停顿，导致表面仍 有明显的缺陷。对比4号件和5号件，加工时均开启了 AICCI功能，两件采取不同的精度控制等级， 4号件为LV1 （速度优先）级，5号件为LV10 （精度优先）级，进给速度最高为1000mm/mino 汇总加工结果可得出，设定在精度优先级的情况下得到的加工表面质量有明显的改变，平面 缺陷也得到改善，曲面拐角更平滑，但程序实际加工时间相比速度优先级长9%。6号件与5

14、号件平面和拐角特征相似，但实际加工时间有小幅度降低。这是因为在加工 前分别调整了系统参数No.1772（32）和No. 1783（500）,减小加工时的钟型加、减速时间常数 和微调拐角减速时允许的速度差参数可以加快程序插补前的加速度，从而加快程序运行速度 并保持拐角的加工精度。4 .结语通过实际加工和观察，对FANUCOiMatc-MD数控系统的AICC I功能有了更多了解。 在UGNX8.5软件中对本次加工的刀具轨迹进行优化和仿真加工，结合实际加工设备考虑加 工轨迹的方向，尽量减少加工时出现的拐角振动。当开启AICCI功能，处于LV1 （速度优 先）级的状态时，机床的各轴均处于在程序设定的最

15、快进给速度，此时机床各轴的伺服负载 均处于30%40%；在调用LV10 （精度优先）级时，当遇到陡峭面或加工拐角，机床各轴 的伺服负载均处于20%33%,其机床的进给指令不断发生变化，使机械传动更加平稳，从 而得到更好的加工质量。AICC I功能没有绝对的高速、高精度，如果要高精度，在遇到圆 弧或拐角处必须适当减速，如果要高速度加工，必然会造成较大的跟随误差。模具加工中高速切削加工技术的应用摘要：高速切削加工技术作为一种先进的制造技术，在模具加工领域中被广泛应用，已 经成为现代模具制造业的发展趋势，对模具加工工艺产生了巨大影响。因此，本文就高速切 削加工技术在模具加工中的应用优势、应用条件进行

16、分析阐述，以期提高我国的高速切削加 工水平。关键词：模具加工;高速切削加工技术;应用策略引言模具作为重要的工艺装备，在现代工业中占有举足轻重的地位。用模具生产的产品具有 高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率的特点，模具一般是由淬火工具钢或硬质合金制 成;制造周期短。常规的模具加工方法是普通切削加工和电火花加工，一般需要手工打磨、 抛光，这样造成加工效率低，加工精度不稳定。而采用高速切削技术加工模具，可以明显提 高生产效率、提高加工精度、增加模具使用寿命，已经成为现代模具制造业的发展趋势。一、高速切削加工技术的概念高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于 一

17、身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用 得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，有了跨越性的提高，其切削机 理也发生了根本的变化。二、高速切削加工技术的应用优势（-）生产效率高高速切削技术本身自带高速度这一无法抹掉的特点，也是由于这一特点，让它保障了生 产上的高效率。在该技术中，其主轴的旋转速度和进给速度在配件还没来得及做出反应的情 况下就已经完成了加工，减少了资源的浪费，让模具制造业实现了一次过的梦想。（二）加工质量高高速切削技术的高效率的特点，让高速切削技术在具体应用中，还保证了高质量的特点。 由于它可以实现一次过，所以减少了切削技术在

18、制造复杂零件或是薄软零件时的横向切削 力，可以保障一些精准部位实现不变形的效果，很大程度上提升了模具制造业中零件质量和 耐磨性。（三）经济效益高在高速切削技术的具体应用中，其所带有的高速高质量的特点还让其是实现生产经济效 益高的特点。在加工零部件时，高速度有效缩短了生产时间，从而也就是降低了对生产材料 的浪费;其次制造业的每一项大型设备都非常昂贵，高速切削技术有效地将精加工、干硬切 削加工结合起来，减少了某些生产设备的成本;最后就是它的高效率提高了模具的生产速度, 所以说它具有很高的经济效益。（四）应用范围广高速切削技术固有的优越性，让其在很多领域都可以得到应用。比方说在钛合金等一些 化学材质

19、工件的加工上，或者是飞机羽翼等小部件上，都可以运用到。三、模具加工中高速切削加工技术的应用条件（一）对刀具的要求在高速切削加工系统中，刀具是最重要的构成部分，其性能的优劣直接关系到加工质量 的好坏。刀具切削性能由刀具材料与结构所决定，切削刀是确保高速切削加工工作顺利进行 的关键。（二）对刀体的要求高速切削加工时，会应用到大量的镀层与压层刀具技术，因此，镶嵌式刀具的应用非常 广泛，这就要求刀片有足够的连接强度，以防在离心作用下与刀体分离。在10000r/min的 转速下，仅凭一个夹紧螺钉压紧刀片的不够的，应将刀片嵌入刀体内，再用螺钉将刀片固牢 于刀体上。刀具与刀柄的连接要求夹紧精度高、传递转矩大

20、、结构对称性佳、外形尺寸小。(三)对机床的要求模具加工机床在高速切削加工中起到非常重要的作用，相比于普通切削技术，高速切削 对机床则提出了更高的要求。首先，机床主轴转速要高、功率要大。机床主轴转速越高，越 能预防刀具在切削小圆角半径时与工件产生干扰，一般要求机床主轴转速为10000r/min- 100000i7min;粗、精加工时，要求机床主轴的功率要足够大，一般为20KW50KW,甚至更 大。其次，机床刚性要好。模具的制作材料通常较硬，高速切削所用的刀具通常直径较小且 伸长量较大，导致加工时容易出现颤动，因此要求机床必须有足够的动、静刚性最后，要有 较大的加速度。进行高速切削时，主轴从开启到

21、运行的时间通常控制在3秒以内，为了确保 小圆角半径曲面的高速加工，要求工作台的进给速度应提升至2倍以上。(四)对CAD/CAM系统的要求为了确保高度切削加工编程的效率，CAD/CAM系统应满足以下几个条件。首先，高效 的电脑配置，CAM处理程序的计算量非常庞大，耍求有足够容量与强大功能的计算机硬件 支持其工作。其次，合适的CAM编程软件，要求CAM软件要有较高的计算编程速度，能 够全程自动对过切处理与自动刀柄干涉检查，且要具备进给率优化处理功能，符合高速切削 的加工策略。(五)对加工工艺的要求加工工艺是成功进行高速切削加工的关键技术之一。基于高速切削的模具加工一般分为 粗加工、半精加工和精加工

22、三个加工阶段。加工阶段不同，加工的要求和目的不同，加工的 策略也不尽相同。粗加工的主要目的是追求单位时间的最大材料去除率，为半精加工准备工 件的几何轮廓，对表面质量和轮廓精度要求不高，重要的是让机床平稳地工作，避免急剧的 切削方向和载荷的改变。高速切削的粗加工采取的工艺方案是：高切削速度、高进给率和小 切削用量的组合，并尽量采取顺铳的加工方式。粗加工中一定要采取螺旋或圆弧切入、切出连接方式，拐角处采用圆弧过渡，避免突然 改变刀具进给方向，避免刀具垂直插入工件。半精加工的主要目的是平整粗加工后的表面轮 廓，获得均匀的表面精加工余量，为精加工做准备。因此，应对粗加工后模具的剩余加工余 量分析，并根

23、据剩余加工余量的大小和分布情况采用合理的半精加工策略，以保证半精加工 后模具表面具有均匀的剩余加工余量。精加工的主要目的是达到工件设计要求的加工精度和 表面质量。精加工时的刀具轨迹紧贴零件表面，尽可能在一个工序中进行连续加工，减少刀 具切入、切出次数，刀具轨迹要求平稳、圆滑，以保持切削过程的平稳性。结束语综上所述，因为高速切削技术加工精度高、表面质量佳、生产效率高的特点，使其在模 具加工中得到了广泛应用，与普通切削加工技术相比，高速切削加工技术更能满足现代化加 工技术的要求，相信随着对高速切削技术的不断深入研究，高速切削加工的应用领域将会越 来越广，甚至有可能取代电加工，成为提升模具制造/加工质量的必然选择。参考文献1冉启军，张玉峰.高速切削在模具加工中的研究与应用J.金属加工：冷加工，2011 (16)： 26-30.2张辉.现代模具制造的高速加工技术J.时代农机，2016, 43 (06)： 26.3严江.机械制造中数控高速切削加工技术的应用方式J.南方农机.2017 (18)： 117.