镁合金自行车赛车构架的精密加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，包括以下步骤：1）镁合金自行车赛车构架的三维造型；2）刀具路径的生成和刀具的选择；3）后置处理；4）仿真模拟和验证；5）精度及效率调节；6）镁合金自行车赛车构架精密加工。本发明的方法能够在不采用切削液，又保证不损害刀具及镁合金构架的条件下，通过编制特殊的加工程序及采用相匹配的刀具，对镁合金材料进行铣削、微小孔距及螺纹的加工精度及难度相当高的高效率精密加工。本发明的方法中没有切削液，避免了切削液对镁合金自行车赛车构架的污染。由于加工过程中未使用切削液，也大大降低了加工成本。
【专利说明】镁合金自行车赛车构架的精密加工方法
【技术领域】
[0001]本发明具体涉及一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，自行车赛车的主构架通常都是采用碳钢或铝合金材料加工而成。然而，碳钢材料重量大，易生锈，能耗高，材料易疲劳损坏，不利于长距离赛车。相对于碳钢材料，铝合金材料具有重量轻的优点。但铝合金材料强度偏弱，刚性不够，易扭曲变形。
[0003]镁合金压铸件近阶段开始风靡，它具有重量轻、强度高、不易变形的优点，大有取代铝合金的前途，海洋里存在大量的菱镁矿，矿产较为丰富，提炼不需要额外的高耗能，正是符合时代的潮流。但镁合金的精密加工困难，尤其微小孔距及螺纹的加工难度较高，加工时材料易粉碎，要求大圆弧加工，不允许加工的切削液污染构架材料。但是由于高速切削加工，会产生大量的热量，由于镁是活泼金属，一般均需要采用切削液进行冷却，否则在加工时产生的高温会破坏镁合金材料结构分子，使镁合金构架破碎。
[0004]开发一种即不采用切削液，又能高速加工，不损害刀具的加工方法，才能满足此类产品的加工。开发出具有一定加工速度的软件及配置特制的刀具加工的方法，是决定此类镁合金压铸后精密加工的质量及效率关键因素。
[0005]现有技术中亟需一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，该方法能够在不采用切削液，又不损害刀具的条件下，进行高速加工。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，该方法能够在不采用切削液，又不损害加工刀具及镁合金工件的条件下，进行高速加工。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，包括以下步骤:
1)镁合金自行车赛车构架的三维造型
在对机床的功能、精度、三维设计及造型软件了解和掌握的基础上，根据图纸建立自行车赛车构架的三维模型，在UG/CAD模块中，通过分析自行车赛车构架上型值点的坐标完成自行车赛车构架的三维造型，并确定坐标原点(0，O, O)位置；
2)刀具路径的生成和刀具的选择
首先进入CAM模块，选择多轴铣模板，在创建刀具对话框中选择创建刀具，输入刀具的参数及材料；在创建几何对话框中选定加工零件、毛坯及检查几何；在创建刀具路径对话框中选择变轴纟先，设定好要加工的位置；在cutting中设定切削参数；在Tool Axis中设定刀轴向量；其他的如进刀、退刀等辅助设定在Non-Cutting中设置；按照上述方法,生成自行车赛车构架的各边缘加工的刀具路径；
3)后置处理刀具路径生成后，在主菜单中选择Tool — Operation Navigator — Output — CLSF,即可输出刀具位置源文件；
后置处理算法与数控机床控制器类型、机床运动关系等因素有关；按照实际使用的数控机床的硬件布置和控制系统，通过后置处理程序，将刀具位置源文件转化成NC代码，就可以输出到数控机床进行零件的加工；
4)仿真模拟和验证
刀具路径生成后，利用VERICUT软件将编制好的数控程序按照生成的NC代码在计算机上以实体形式模拟刀具路径，直观地观察机床运动和刀具切削过程，准确地检查机床所有的运动部分、刀具、工件和夹具之间是否出现干涉和碰撞；通过调整，获得镁合金自行车赛车构架各边缘、微小孔位及螺纹的加工方法及过程，验证各工艺参数选择的合理性；经过仿真加工和验证后的NC代码才可输入机床中，供数控加工使用；
5)精度及效率调节
设计并定制刀具，配合编制的特殊加工程序进行精度及效率提升:
4) 6* 5*70L3 刃统刀、6* 2*50L3 刃统刀、6* 2.5*120L2 刃统刀、6* 3*50L3刃铣刀；
10* 16*6*70L T 型铣刀、3* 2*50L3 刃铣刀；
(63* (62.3*50L 合金钻、(63* (62.2*50L 合金钻、小 3* 小 1.63*50L 合金钻；
小4*90° *100L定点钻；
M2.6*0.45 丝锥，M2.*0.4 丝锥；
通过经编制的数控加工程序，加工`中心快速选用刀库中的刀具进行镁合金自行车赛车构架上的各边缘、微小孔位、螺纹精密加工；
刀具的补偿值根据实际设计并定制的刀具规格，编程时，事先规定了刀具的结构尺寸和调整尺寸，在后置处理算法中已经修正，保证镁合金螺旋桨的精密加工尺寸公差；
在刀具安装到机床上以前，根据编程时确定的参数，在机床外的预调装置中调整到所需尺寸或测出精确的尺寸；加工前，将刀具有关尺寸手动输入到数控装置。
[0008]进给量根据镁合金自行车赛车构建的加工精度和表面粗糙度要求来选取；
6)镁合金自行车赛车构架精密加工
加工所需装备:加工中心、夹具、特殊编制的CNC程序、毛坯和特殊定制刀具；
将工件和设计好的工装安装在回转工作台上，保证工件回转中心与工作台回转中心重合，将毛坯安装至工装上，并定位好加工原点位置。通过编制的程序确定合理的加工路线:a.确定加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度；
在铣镁合金自行车赛车构架的边缘时，先采用0 6* 0 5*70L3刃铣刀，进行快速粗加工；完成走刀路线后，程序配合数控机床中刀库，进行自动选用加工精度更高的铣刀，再次进行构架边缘快速加工，通过多把刀具及加工速度的控制，使加工中心能够不使用切削液的情况下，不仅不会损坏刀具，而且不会由于加工产生的温度破坏镁合金材料。为提高零件尺寸精度和表面粗糙度，最后采用精铣刀对构架边缘进行修整；使用不同的合金钻和定点钻进行构架上的孔位加工，然后再使用丝锥进行螺纹加工；
自动选用刀具切入工件时，避免沿零件外廓的法向切入，沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具刻痕，保证零件曲线的平滑过渡；同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，要沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件；
在轮廓铣削过程中药避免进给停顿，否则会因铣削力突然变化而在停顿处的轮廓表面上留下刀痕；
b.通过特殊编制的程序及子程序结合，尽量缩短加工路线，减少了刀具空行程时间。
[0009]本发明采用三维建模、加工程序编制、刀具路径的生成，配合刀具选择使用、后置处理、仿真模拟和验证、工件的装夹、数控机床的操作完成镁合金自行车赛车构架的精密、闻效、低耗加工。
[0010]本发明的有益效果是:本发明的方法能够在不采用切削液，又保证不损害刀具及镁合金构架的条件下，通过编制特殊的加工程序及采用相匹配的刀具，对镁合金材料进行铣削、微小孔距及螺纹的加工精度及难度相当高的高效率精密加工。本发明的方法中没有切削液，避免了切削液对镁合金自行车赛车构架的污染。由于加工过程中未使用切削液，也大大降低了加工成本。
【具体实施方式】
[0011]本发明为一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，包括以下步骤:
I)镁合金自行车赛车构架的三维造型
在对机床的功能、精度、三维设计及造型软件了解和掌握的基础上，根据图纸建立自行车赛车构架的三维模型，在UG/CAD模块中，通过分析自行车赛车构架上型值点的坐标完成自行车赛车构架的三维造型，并确定坐标原点(0，O, O)位置。
[0012]2)刀具路径的生成和刀具的选择
首先进入CAM模块，选择多轴铣模板，在创建刀具对话框中选择创建刀具，输入刀具的参数及材料；在创建几何对话框中选定加工零件、毛坯及检查几何；在创建刀具路径对话框中选择变轴纟先，设定好要加工的位置(路径);在cutting中设定切削参数。在Tool Axis中设定刀轴向量；其他的如进刀、退刀等辅助设定在Non-Cutting中设置。按照上述方法，生成自行车赛车构架的各边缘加工的刀具路径。
[0013]3)后置处理
刀具路径生成后，在主菜单中选择Tool — Operation Navigator — Output — CLSF,即可输出刀具位置源文件(刀具位置源文件是一个包含标准APT命令的文本文件，不是数控程序，需要将刀具位置源文件转换成制定数控机床能执行的数控程序，才能进行零件的数控加工)。
[0014]后置处理算法与数控机床控制器类型、机床运动关系等因素有关。按照实际使用的数控机床的硬件布置和控制系统，通过后置处理程序，将刀具位置源文件转化成NC代码，就可以输出到数控机床进行零件的加工。
[0015]4)仿真模拟和验证
刀具路径生成后，利用VERICUT软件将编制好的数控程序按照生成的NC代码在计算机上以实体形式模拟刀具路径，直观地观察机床运动和刀具切削过程，准确地检查机床所有的运动部分、刀具、工件和夹具之间是否出现干涉和碰撞。通过调整，获得镁合金自行车赛车构架各边缘、微小孔位及螺纹的加工方法及过程，验证各工艺参数选择的合理性。经过仿真加工和验证后的NC代码才可输入机床中，供数控加工使用。[0016]5)精度及效率调节
通过上述方法，可将型值点误差控制在一定范围内，达到一定的技术要求。零件的加工误差涉及编程误差、机床精度、刀具类型、刀具磨损等因素，对这些因素进行实际配合调节，这也是镁合金自行车赛车构架精密且无切削液的加工效率提升所在。
[0017]设计并定制刀具，配合编制的特殊加工程序进行精度及效率提升:
4) 6* 5*70L3 刃统刀、6* 2*50L3 刃统刀、6* 2.5*120L2 刃统刀、6* 3*50L3刃铣刀；
10* 16*6*70L T 型铣刀、3* 2*50L3 刃铣刀；
(63* (62.3*50L 合金钻、(63* (62.2*50L 合金钻、小 3* 小 1.63*50L 合金钻；
小4*90° *100L定点钻；
M2.6*0.45 丝锥，M2.*0.4 丝锥；
通过经特殊编制的数控加工程序，加工中心可以快速的选用刀库中的刀具进行镁合金自行车赛车构架上的各边缘、微小孔位、螺纹精密加工。[0018]刀具的补偿值根据实际设计并定制的刀具规格，编程时，事先规定了刀具的结构尺寸和调整尺寸，在后置处理算法中已经修正，保证镁合金螺旋桨的精密加工尺寸公差。
[0019]在刀具安装到机床上以前，根据编程时确定的参数，在机床外的预调装置(对刀仪)中调整到所需尺寸或测出精确的尺寸。加工前，将刀具有关尺寸手动输入到数控装置。
[0020]进给量根据镁合金自行车赛车构建的加工精度和表面粗糙度要求来选取。
[0021]6)镁合金自行车赛车构架精密加工
加工所需装备:加工中心、夹具、特殊编制的CNC程序、毛坯和特殊定制刀具。
[0022]加工中心品牌:brother;版本:TC-SZDNz_0 ；
附加轴名称=YUKIWa ;型号JNC170L ；
CNC程序:是通过电脑上专业软件编写而出，软件名称:Unigraphics版本NX8.5。
[0023]将工件和设计好的工装安装在回转工作台上，保证工件回转中心与工作台回转中心重合，将毛坯安装至工装上，并定位好加工原点位置。通过编制的程序确定合理的加工路线?
a.确定加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度。
[0024]在铣镁合金自行车赛车构架的边缘时，先采用0 6*(j5 5*7OL3刃铣刀，进行快速粗加工。完成走刀路线后，程序配合数控机床中刀库，进行自动选用加工精度更高的铣刀，再次进行构架边缘快速加工，通过多把刀具及加工速度的控制，使加工中心能够不使用切削液的情况下，不仅不会损坏刀具，而且不会由于加工产生的温度破坏镁合金材料。为提高零件尺寸精度和表面粗糙度，最后采用精铣刀对构架边缘进行修整。使用不同的合金钻和定点钻进行构架上的孔位加工，然后再使用丝锥进行螺纹加工，该过程都是通过加工中心刀库及相应程序自动完成，效率非常高。
[0025]自动选用刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具刻痕，保证零件曲线的平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，要沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
[0026]在轮廓铣削过程中药避免进给停顿，否则会因铣削力突然变化而在停顿处的轮廓表面上留下刀痕。[0027]b.通过特殊编制的程序及子程序结合，尽量缩短加工路线，减少了刀具空行程时间。
[0028]最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种镁合金自行车赛车构架的精密加工方法，其特征在于包括以下步骤: 1)镁合金自行车赛车构架的三维造型 在对机床的功能、精度、三维设计及造型软件了解和掌握的基础上，根据图纸建立自行车赛车构架的三维模型，在UG/CAD模块中，通过分析自行车赛车构架上型值点的坐标完成自行车赛车构架的三维造型，并确定坐标原点(O，O, O)位置； 2)刀具路径的生成和刀具的选择 首先进入CAM模块，选择多轴铣模板，在创建刀具对话框中选择创建刀具，输入刀具的参数及材料；在创建几何对话框中选定加工零件、毛坯及检查几何；在创建刀具路径对话框中选择变轴纟先，设定好要加工的位置；在cutting中设定切削参数；在Tool Axis中设定刀轴向量；其他的如进刀、退刀等辅助设定在Non-Cutting中设置；按照上述方法,生成自行车赛车构架的各边缘加工的刀具路径； 3)后置处理 刀具路径生成后，在主菜单中选择Tool — Operation Navigator — Output — CLSF,即可输出刀具位置源文件； 后置处理算法与数控机床控制器类型、机床运动关系等因素有关；按照实际使用的数控机床的硬件布置和控制系统，通过后置处理程序，将刀具位置源文件转化成NC代码，就可以输出到数控机床进行零件的加工； 4)仿真模拟和验证 刀具路径生成后，利用VERICUT软件将编制好的数控程序按照生成的NC代码在计算机上以实体形式模拟刀具路径，直观地观察机床运动和刀具切削过程，准确地检查机床所有的运动部分、刀具、工件和夹具之间是否出现干涉和碰撞；通过调整，获得镁合金自行车赛车构架各边缘、微小孔位及螺纹的加工方法及过程，验证各工艺参数选择的合理性；经过仿真加工和验证后的NC代码才可输入机床中，供数控加工使用； 5)精度及效率调节 设计并定制刀具，配合编制的特殊加工程序进行精度及效率提升:φ 6* Φ 5*70L3 刃统刀、Φ 6* Φ 2*50L3 刃统刀、Φ 6* Φ 2.5*120L2 刃统刀、Φ 6* Φ 3*50L3刃铣刀； Φ 10* Φ 16*6*70L T 型铣刀、Φ 3* Φ 2*50L3 刃铣刀；
Φ 3* Φ 2.3*50L 合金钻、Φ 3* Φ 2.2*50L 合金钻、Φ 3* Φ 1.63*50L 合金钻； Φ4*90° *100L 定点钻；
M2.6*0.45 丝锥，M2.*0.4 丝锥； 通过经编制的数控加工程序，加工中心快速选用刀库中的刀具进行镁合金自行车赛车构架上的各边缘、微小孔位、螺纹精密加工； 刀具的补偿值根据实际设计并定制的刀具规格，编程时，事先规定了刀具的结构尺寸和调整尺寸，在后置处理算法中已经修正，保证镁合金螺旋桨的精密加工尺寸公差； 在刀具安装到机床上以前，根据编程时确定的参数，在机床外的预调装置中调整到所需尺寸或测出精确的尺寸；加工前，将刀具有关尺寸手动输入到数控装置。 进给量根据镁合金自行车赛车构建的加工精度和表面粗糙度要求来选取； 6)镁合金自行车赛车构架精密加工加工所需装备:加工中心、夹具、特殊编制的CNC程序、毛坯和特殊定制刀具； 将工件和设计好的工装安装在回转工作台上，保证工件回转中心与工作台回转中心重合，将毛坯安装至工装上，并定位好加工原点位置。通过编制的程序确定合理的加工路线: a.确定加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度； 在铣镁合金自行车赛车构架的边缘时，先采用0 6* 0 5*70L3刃铣刀，进行快速粗加工；完成走刀路线后，程序配合数控机床中刀库，进行自动选用加工精度更高的铣刀，再次进行构架边缘快速加工，通过多把刀具及加工速度的控制，使加工中心能够不使用切削液的情况下，不仅不会损坏刀具，而且不会由于加工产生的温度破坏镁合金材料。为提高零件尺寸精度和表面粗糙度，最后采用精铣刀对构架边缘进行修整；使用不同的合金钻和定点钻进行构架上的孔位加工，然后再使用丝锥进行螺纹加工； 自动选用刀具切入工件时，避免沿零件外廓的法向切入，沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具刻痕，保证零件曲线的平滑过渡；同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，要沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件； 在轮廓铣削过程中药避免进给停顿，否则会因铣削力突然变化而在停顿处的轮廓表面上留下刀痕； b.通过特殊编制的程序及 子程序结合，尽量缩短加工路线，减少了刀具空行程时间。
【文档编号】B23P15/00GK103659187SQ201310676696
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】江坚, 李青峰, 张旭明, 张旭东 申请人:上海易岳机械设备有限公司