典型精密金屬零件CNC加工方案

三維設計軟體的發展為低成本提供了條件, 短期內, 以及定位夾具的設計. 並且可以模擬CNC加工零件進行驗證. 數位 1 顯示與 YZ 和 ZX 平面成 45° 角的典型金屬零件:

特殊結構數控加工件

數位 1 選擇零件CNC加工方案
這類有特殊空間結構的零件一般有 2 CNC加工方法的種類:
① 提高工具機性能, 那是, 將原有2.5軸或3軸CNC工具機增加至多台 5 軸;
②設計合適的定位夾具，利用現有設備進行加工.
考慮加工成本, 第二個選擇顯然是更理想的選擇. 以下是為這部分設計一個定位夾具, 並使用CATIA軟體進行實體建模, 集會, 幹擾偵測, 夾具各零件的精度分析. 將設計好的夾具導入數控加工模組進行虛擬加工，檢驗設計的可行性與正確性.
定位夾具設計與3D建模

考慮加工零件的特性, 確保加工精度, 並為了提高夾具的適用範圍, 定位夾具設計為模組化組合夾具, 如圖 2. 此夾具主要由 4 部分: 定位支架, 定位板, 導引模組及定位夾具. 定位支架是整個夾具的基石, 直接決定了定位的傾角, 上面還安裝了其他零件.

3D 定位夾具實體模型

數位 2 定位夾具三維實體模型
1. 定位夾
2. 定位支架
3. 定位板
4. 指導模組

定位板用於將導引模組安裝到定位支架上, 當傾斜45°的待加工工件基面尺寸和形狀改變時, 只需改變導向模組的結構和尺寸. 在定位板上選擇合適的位置進行固定，使定位夾的適用範圍更廣. 導引模組和定位夾具的設計應根據被加工零件的結構和形狀, 使其與待加工零件的外表面相匹配, 且高度應相同，以方便定位夾安裝. 定位夾具一般採用三點定位設計安裝, 與定位板配合實現限位 6 待加工零件的自由度.

定位治具靜態干涉檢查

為了確保所設計的夾具的零件能夠加工組裝, 並能實現其定位功能, 必須對夾具進行干涉檢測.

靜態干涉分析包括夾具單元之間的干涉以及夾具與工件之間的干涉. 每個燈具由多個單元組成, 完成包括定位和夾緊. 由於空間有限且各單元結構複雜, 而治具的設計一般都是逐層設計的, 空間餘裕難以控制，易幹擾. 另外, 工件形狀複雜, 由於夾具單元的位置或結構，工件可能無法正確安裝.

夾具動態碰撞偵測

數位 3 靜態幹擾檢測示意圖

在下面 “DMU空間分析” CATIA 中的模組, 對夾具進行靜態干涉分析, 並使用碰撞檢測 “檢查衝突” 和剖面工具 “切片定義” 檢測夾具.

動態幹擾分析

使用 “DUM擬合” CATIA提供的模組用於檢查組裝後的產品. 可記錄零件組裝過程中的傳送路徑, 分析組裝零件時移動零件所需的動態空間, 並檢測零件之間的干涉. 首先切換 “組裝設計” 到 “DUM擬合” 模組, 並根據夾具組裝給出各個組裝路徑, 其中包括各個組件的傳輸距離訊息. 目的是當發生幹擾時能夠獲得特定的干擾位置和深度, 然後依序建立裝配模擬, 最後打開 “碰撞” 分析. 分析結果如圖 4.

夾具靜態干涉檢測示意圖

數位 4 動態碰撞偵測

如圖A區 4 是發生幹擾的位置, 其具體顯示如圖 5. 定位夾具與導引模組發生干涉. 透過對幹擾訊息的分析, 綜上所述，定位夾在組裝過程中與導向模組的組裝路徑發生碰撞. 對於幹擾出現, 對裝置進行以下更改: 在保持定位點和夾緊點不變的前提下, 改變單元內其他部件的空間位置或某些尺寸參數.

治具檢測幹擾區域

數位 5, 發生幹擾的區域
CNC模擬加工

使用 “加工” CATIA提供的模組對工件進行數控加工，檢查工件加工時刀具是否與夾具發生碰撞, 從而驗證CNC加工的可行性. 為了能夠直觀地觀察碰撞是否發生, 本文選擇加工工件中具有空間傾斜度的拔模筒外輪廓. 第一的, 將組裝好的夾具切換到 “表面加工” 在下面 “加工” 執行的模組 “輪廓驅動” (輪廓驅動精加工) 在機械加工零件的外表面;
然後在彈出的對話框中選擇加工區域作為要加工的零件, 並選擇合適的刀具路徑參數, 包括駕駛引導線的選擇, 適當的工具參數和工具退出路線;
最後, 進行CNC模擬加工，生成刀具軌跡線, 如圖 6.

CNC加工零件產生的刀具路徑線

數位 6, 產生的刀具路徑線

夾具總定位誤差:

(式中δK=工件的製程尺寸公差)
上述案例透過利用CATIA的三維虛擬設計能力，可以有效降低成本，縮短設計和生產週期, 定位夾具的設計與功能測試; 在整個設計構圖中, 電腦在CNC機床上完成從設計到組裝再到模擬加工的過程, 包括靜態和動態幹擾分析. 這是傳統設計方法無法比擬的, 也是現代夾具產業發展的必然趨勢.