基于UG NX復(fù)雜曲面模具的數(shù)控編程

毛春雷 馬培智

摘要：加工具有復(fù)雜曲面特征的型腔模具，且保證加工質(zhì)量與加工效率，必須從加工工藝、刀具及自動(dòng)編程軟件等方面綜合考慮。[1]本文即針對(duì)材質(zhì)為3Cr2NiMo的注塑模具型腔進(jìn)行數(shù)控加工編程，通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定加工藝，并根據(jù)UG?NX數(shù)控編程制點(diǎn)選擇合適的加工工序，并通過(guò)其加工線路及切削用量?jī)?yōu)化功能，使模具的加工質(zhì)量達(dá)到較為理想的程度。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜曲面;模具;UG?NX;數(shù)控編程

引言

基于模具的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具制造加工水平的程度直接反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家綜合加工技術(shù)水平。在模具的加工應(yīng)用中，精密、大型、復(fù)雜的模具在整個(gè)模具行業(yè)的地位越來(lái)越重要，其所占的比重已達(dá)40%，為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)字化制造技術(shù)模具加工上的應(yīng)用愈加廣泛。對(duì)于模具數(shù)字化制造而言，數(shù)控加工是其最重要的一點(diǎn)。

對(duì)于數(shù)控加工而言，在數(shù)控加工設(shè)備等硬件相同的條件下，所編制加工程序的合理與否，直接影響到被加工件的加工質(zhì)量。對(duì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的部件，應(yīng)用手工編程即可完成加工程序的編制，但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的曲面特征，已使手工編程變得極為復(fù)雜，將耗費(fèi)大量的時(shí)間，且不宜保證產(chǎn)品的加工精度。

數(shù)控編程軟件便由此應(yīng)運(yùn)而生，使用其進(jìn)行產(chǎn)品加工的程序編制，可極大地減少由編程而帶來(lái)的輔助加工時(shí)間，尤其在被加工對(duì)象結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，優(yōu)勢(shì)更為明顯。一款好的數(shù)控編程軟件，不但可以提供多種加工策略，且可針對(duì)所生成的加工路徑對(duì)切削參數(shù)、刀軌進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的加工效率及加工質(zhì)量。[2]

UG（Unigraphics?NX）是一種高度集成的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析、制造軟件，是由Siemens?PLM?Software公司出品的。廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，可以對(duì)數(shù)控車(chē)床、加工中心、多軸數(shù)控加工設(shè)備、車(chē)銑復(fù)合設(shè)備、線切割等進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制。尤其在mill_contour模塊，擁有型腔銑、插銑、流線、陡峭區(qū)域輪廓銑、清根等多達(dá)20種的加工策略，涵蓋了產(chǎn)品從粗加工到精加工的全過(guò)程，功能異常強(qiáng)大，在數(shù)控自動(dòng)編程軟件的應(yīng)用中可占到50%左右。[3]

1.復(fù)雜曲面模具加工分析

復(fù)雜曲面模具如圖1所示，所加工區(qū)域?yàn)槠鋬?nèi)部型腔，其余面已加工完成，模具整體尺寸為260mm×160mm×80mm。

圖1?模具結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，在型腔內(nèi)部有兩個(gè)孤島、一個(gè)圓錐臺(tái)及四個(gè)邊角矩形臺(tái)，四個(gè)側(cè)面均為拔模角為5°的拔模面，且型腔內(nèi)部?jī)?nèi)凹圓弧面及外凸圓弧面較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

2.編制加工工藝

在制定加工工藝時(shí)，首先按照常規(guī)的加工工藝確定此復(fù)雜曲面模具的加工由粗加工及精加工兩大工序完成。[4]

在粗加工時(shí)，為保證加工效率，其主要目的是盡可能快地去除材料，并留有一定的加工余量。故在應(yīng)用UG?NX進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，選用型腔銑做為粗加工策略，并選用刀具為端銑刀，銑刀直徑為15mm。此模具材質(zhì)為3Cr2NiMo，硬度為32～36HRC，故可設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，進(jìn)給速度為300mm/min。

精加工的主要目的是為了保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。但此模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不宜采用一柄刀具、一種加工策略來(lái)完成?？沙醪皆O(shè)定主軸轉(zhuǎn)速為2000r/min，進(jìn)給速度為250r/min，后期根據(jù)不同的加工策略進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

對(duì)有四個(gè)拔模角度的側(cè)面，因其拔模角較小，屬較為陡峭區(qū)域，故采用陡峭區(qū)域直接輪廓銑加工策略，且因側(cè)面間的連接半徑為3mm，故選用直徑為6mm的球銑刀;圓錐臺(tái)側(cè)面的加工亦同樣選用陡峭區(qū)域直接輪廓銑加工策略。

型腔的底面及四個(gè)邊角矩形臺(tái)、兩個(gè)孤島的頂面與側(cè)面，均由平面與垂直面組成，宜采用端銑刀的底面及側(cè)刃加工。故此在UG?NX中選用底壁加工策略，刀具選用直徑為6mm的端銑刀。

對(duì)于型腔中的外凸圓弧面，采用曲面區(qū)域輪廓銑的加工策略，并選用直徑為6mm的球銑刀。

針對(duì)型腔中的內(nèi)凹圓弧面，因其圓弧半徑較小，宜采用單刀路清根的加工策略，并選用與內(nèi)凹圓弧面半徑一致的球銑刀。

3.UG?NX相關(guān)參數(shù)設(shè)置

在確定加工工藝后，需根據(jù)所采用的加工策略及加工對(duì)象進(jìn)行參數(shù)的進(jìn)一步設(shè)置，并生成刀軌。

在設(shè)置型腔銑加工策略用于粗加工時(shí)，選用“MILL_ROUGH”作為加工方法，設(shè)定部件加工余量為1mm。切削模式為“跟隨部件”，步距為刀具直徑的50%，最大切削深度為6mm。為保護(hù)切削刀具，選擇進(jìn)刀與退刀類型均為“螺旋”。選擇區(qū)域排序?yàn)椤皟?yōu)化”，并選中“在生成時(shí)優(yōu)化進(jìn)給率”選項(xiàng)。

精加工時(shí)，針對(duì)側(cè)面與圓錐臺(tái)側(cè)面的加工，需要分別建立陡峭區(qū)域直接輪廓銑加工策略工序，并根據(jù)不同的幾何形狀結(jié)構(gòu)，在四拔模側(cè)面的加工時(shí)，選用“流線”作為驅(qū)動(dòng)方法，圓錐臺(tái)側(cè)面的加工選用“螺紋式”作為驅(qū)動(dòng)方法。方法均選用?“MILL_FINISH”。最大刀距選擇為刀具直徑的10%，并選中?“優(yōu)化刀軌”?選項(xiàng)。

在進(jìn)行底壁加工策略的設(shè)置時(shí)，切削區(qū)域范圍為“壁”，切削模式為“跟隨部件”，步距為刀具直徑的75%，方法選用?“MILL_FINISH”。設(shè)定拐角處的刀軌形狀“光順”為“所有刀路”。

在曲面區(qū)域輪廓銑加工策略設(shè)置時(shí)，選用?“區(qū)域銑削”作為驅(qū)動(dòng)方法。方法選用?“MILL_FINISH”。設(shè)定步距為0.5mm，并選中?“優(yōu)化刀軌”選項(xiàng)。

單刀路清根加工策略的設(shè)置較為簡(jiǎn)單，除去常規(guī)設(shè)置外，僅需設(shè)置“非陡峭切削模式”為“單向”即可。

在所有工序設(shè)置完成后，可得刀軌路徑如圖2?所示，運(yùn)行仿真可得結(jié)果如圖3所示，得到數(shù)控加工時(shí)間為40分鐘。

圖2?復(fù)雜曲面模具刀軌圖

圖3?切削模擬后產(chǎn)品圖

根據(jù)生成的刀軌，點(diǎn)擊“后處理”按鈕，選擇“MILL_3_AXIS”作為處理器，生成加工程序代碼如圖4所示。

圖4?數(shù)控程序代碼

4.結(jié)論

由圖2可知，在有拔模角度的陡峭區(qū)域、外凸圓弧曲面區(qū)域均設(shè)置了較密的刀軌，有利于減少因加工而產(chǎn)生的殘留高度、保證模具加工質(zhì)量。在平面區(qū)域，刀軌路徑較疏松，有利于提高模具的加工效率。

針對(duì)具有復(fù)雜曲面特征結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程時(shí)，應(yīng)首先對(duì)曲面特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后根據(jù)軟件特點(diǎn)，選擇合適的加工策略，才能達(dá)到較為理想的數(shù)控編程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛付存.模具數(shù)控加工質(zhì)量的因素分析.信息與電腦[J].信息與電腦，2010（01）.

[2]高國(guó)利，張森，胡作寰.基于UG的數(shù)控編程關(guān)鍵技術(shù)研究[J].模具工業(yè)，2011（06）.

[3]李艷霞.基于UG的型腔銑削數(shù)控編程的應(yīng)用技巧[J].機(jī)床與液壓，2010（20）.

[4]李文君，劉曉超.基于CAXA的可樂(lè)瓶底模具數(shù)控加工方法的比較研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2009（09）.