基于UG NX的煙灰缸設計與加工模擬研究

楊 義，鄭龍偉

(安徽農(nóng)業(yè)大學 工學院，合肥 230036)

?

基于UG NX的煙灰缸設計與加工模擬研究

楊 義，鄭龍偉

(安徽農(nóng)業(yè)大學 工學院，合肥 230036)

煙灰缸屬于型腔類零件曲面復雜，常規(guī)的設計與加工效率低，在UG NX的建模和加工模塊下對零件的三維輔助設計和三維輔助制造，實現(xiàn)了對型腔類零件的數(shù)控仿真加工，最后生成的數(shù)控加工代碼在經(jīng)過少量修改后可輸入數(shù)控機床進行相應零件的加工，極大地減少了手工編程需要的時間，提高了生產(chǎn)效率。在對零件模擬加工時，能及時觀察出操作上的問題并及時解決，避免了在實際加工時的錯誤.

型腔；UG NX；數(shù)控加工；刀軌路徑

煙灰缸誕生之初是為了環(huán)境衛(wèi)生的考慮。但是時下，煙灰缸的設計已經(jīng)成了時尚的代名詞，以往守舊的煙灰缸永遠不變的款式已經(jīng)逐漸被厭棄和淘汰，取而代之的是新款設計簡約、美觀、實用的煙灰缸。煙灰缸的材質(zhì)多樣，常見的有玻璃材質(zhì)的煙灰缸、水晶煙灰缸、金屬材質(zhì)的煙灰缸，以及現(xiàn)在也有塑料的煙灰缸。不同材質(zhì)的煙灰缸可以設計出異樣韻味煙灰缸，煙灰缸除了具備實用功能之外，還是一種藝術品，具有一定藝術欣賞價值(見圖1)。除了傳統(tǒng)型的煙灰缸，很多煙灰缸的設計還能幫你改掉一些不良習慣。[1]煙灰缸的加工屬于型腔輪廓加工。一般成形輪廓加工方法有仿形火焰切割、數(shù)控線切割、專用仿形銑床銑削加工、數(shù)控銑等。火焰切割加工精度低，數(shù)控線切割和數(shù)控銑成本較高。常規(guī)的加工方法主要是通過成形刀具加工型腔類零件或者靠模方法來加工。這類零件本身具有許多腔體結構，并且對軌跡曲線的要求較高，對成形刀具、靠模的要求較高，零件的各項要求等很難達到預期的效果。過去，模具設計的合理與否以及制品是否有缺陷只有試模后才能知道，使得模具的制造成本不僅高、而且周期也長。在現(xiàn)代塑料模具設計與制造中，采用CAD/CAE/CAM一體化技術，極大地提高了塑料模具設計、制造的水平和塑件制品的質(zhì)量。[2]于是，復雜曲面的零件加工的主要方法為數(shù)控機床上的編程加工。UG NX 是一款具有優(yōu)良性能、集成度高的CAD/CAM/CAE應用軟件，功能涵蓋產(chǎn)品的整個開發(fā)和制造過程，包括外觀造型設計、建模、裝配、模擬分析、制造加工等。[3]可以利用UG的建模模塊和加工模塊模擬型腔類零件的數(shù)控銑削過程，并將最后的處理文件(數(shù)控編程代碼)輸出，經(jīng)過一定的修正后便可以直接在數(shù)控機床上對該零件進行加工。

1 UG的建模

首先對煙灰缸的3D造型的構建步驟分為[4]：由輪廓到局部，完成細節(jié)，檢查結果，修改錯誤，定型。即：分別創(chuàng)建各個草圖→選擇一個坐標為基準平面→繪制矩形→繪制其他的部分→完成草圖→沿某正方向拉伸→布爾求差得到, 該零件主要為拉伸體，部分球面，曲面體和孔構成。在UG的建模(Modeling)模塊下進行零件的三維造型設計。

(1) 打開UG軟件，單擊新建—模型—確定，進入建模模塊。(2) 使用拉伸命令及布爾運算完成零件主要的外形。(3) 對于曲面和球面可利用掃掠、回轉命令和布爾運算完成。(4) 對指定面進行鉆孔命令。(5) 對主要邊進行倒圓角。(6) 可查看該零件的模型歷史記錄。

圖1 實體模型

2 工藝分析

煙灰缸的材質(zhì)選用45號鋼，UG的CAM模塊中，需要對加工零件的完成幾個內(nèi)容：(1)加工方式的選擇；(2)加工刀具的選擇；(3)切削模式的選擇；(4)切削參數(shù)和非切削參數(shù)的選擇；(5)進給用量的選擇；(6)其他輔助參數(shù)如安全平面高度等的選擇。其中加工方式與加工刀具選擇有如下幾種方式：1)型腔銑加工方式。采用圓角刀對整個零件輪廓的粗加工。2)表面銑加工方式。采用平底刀對階梯平面輪廓的精加工。3)面銑加工方式。采用平底刀對平面區(qū)域的粗加工、精加工。4)等高輪廓銑加工方式。采用圓角刀對陡峭區(qū)域的曲面的精加工。5)固定軸面銑方式。采用球刀對平緩區(qū)域的曲面的精加工。對于切削模式常用的有跟隨部件，跟隨周邊和配置文件三種方式，具體的可根據(jù)零件的具體加工情況進行選擇。切削參數(shù)與非切削參數(shù)以及進給用量首先進行查閱相關資料進行選擇，之后根據(jù)其他具體零件的加工來進行比較最后決定具體的參數(shù)。其他參數(shù)可參考具體的操作決定。

該型腔模型的總體尺寸為240mm×150mm×45mm，在零件上分別有9個深度為5mm的孔，直徑均為6mm，零件上有不同類型凹槽和凸臺，有大小和平面曲面的不同，其表面質(zhì)量要求較高。不能通過一次走刀來加工毛坯上的余量，測量該零件上相關的尺寸后制定具體的工步順序，對主要參數(shù)如加工方式，刀具參數(shù)和切削參數(shù)等進行初步擬定。

粗加工用型腔銑的銑削方式，用D10R2的圓角刀進行型腔的粗加工，余量設定為0.5mm。D10R2圓角刀的直徑的限制，部分凹槽的毛坯并不能大量清除，繼續(xù)采用D4的平底刀進行二次型腔銑削粗加工，進一步去除上述粗加工后未清除的余量，余量設定為0.3mm。

半精加工，除了心型凸臺與曲面凹槽外多為平面，進行多數(shù)平面的半精加工采用D3的平底刀，設定余量為0.10mm。對于心形凸臺與曲面凹槽則可分別采用D6的圓球刀與D2的球頭刀進行半精加工，余量與上述相同設定為0.10mm。

精加工，首先使用D4R1的圓角刀對平面凹槽處進行精加工，對于曲面的凹槽凸臺可使用D2的球頭刀同時進行精加工。最后使用D3的平底刀對剩余部分平面進行最后的精加工。為增加藝術效果，再使用D2的球頭刀銑出“NO SMOKING”的字樣以便起到警示作用。

先銑后鉆，銑完各個部分后，進行點位加工。先采用Z4的中心鉆在工件表面鉆出9處中心孔；然后再采用Z5.8的麻花鉆鉆工件上的9處盲孔。最后使用Z6的鉸刀進行鉸削，完成點位的加工。

3 模擬加工

啟動UG NX，打開零件的建模文件，打開文件選項，之后在顯示的窗口中打開上述的零件，單擊OK進入該零件的建模模塊，可以利用鼠標的快鍵操作對零件進行移動，放大以便觀察零件是否有的缺陷。檢查完成后進入加工操作，選中窗口中的mill_contour單擊確定，進入加工模塊，創(chuàng)建各種刀具：(1)創(chuàng)建直徑10毫米，有效長度75毫米圓角刀；(2) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長度75毫米平底刀；(3) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長度75毫米圓角刀；(4) 創(chuàng)建直徑6毫米，有效長度75毫米球頭刀；(5) 創(chuàng)建直徑2毫米，有效長度75毫米球頭刀；(6) 創(chuàng)建直徑3毫米，有效長度75毫米平底刀；(7) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長度50毫米中心鉆；(8) 創(chuàng)建直徑5.8毫米，有效長度50毫米麻花鉆；(9) 創(chuàng)建直徑6毫米，有效長度75毫米鉸刀，共計9把刀具，并設置相關參數(shù)，開始加工。

零件已加工完成，現(xiàn)需將UG生成的數(shù)控代碼輸出以便應用，選中菜單欄中的后處理選項，系統(tǒng)將自動生成后處理文件，并以TXT的格式輸出。將其保存，即得到該型腔零件加工的數(shù)控代碼。。

4 結 論

基于UG NX的建模和加工過程很適合類似煙灰缸這樣復雜的型腔類零件，對零件的走刀路徑的仿真加工并生成數(shù)控加工代碼?；贑AD/CAM技術對機械領域的實用性，因此應加強對加工工藝的學習以及對數(shù)控技術、切削刀具的掌握與應用。對零件的加工分析與工藝規(guī)劃、零件的仿真加工、加工的后處理，最后對走刀路徑加工方式進行檢查，考慮是否存在錯誤，這一系列過程使我們認識到計算機輔助制造的發(fā)展、 CAM技術的靈活與高效。

[1] 余初和，葉俊勇. 異形鏈條附板直線進給靠模仿形銑工裝設計[J].機械工程師，2013(6)：176-177.

[2] 余俐.筆記本電池蓋注塑模具CAD-CAE-CAM的應用[D].蘇州：蘇州大學機電工程學院,2012 ：1-3.

[3] 胡仁喜,康士廷,劉昌麗.UGNX6.0中文版從入門到精通[M].北京：機械工業(yè)出版社,2009：88-90.

[4] 陳學翔.UGNX6.0數(shù)控加工經(jīng)典案例解析[M].北京：清華大學出版社,2009：95-97.

[責任編輯:李 軍]

A Ashtray Design and Manufacture Process Simulation in The UG NX Environment

YANG Yi， ZHENG Long-wei

(Faculty of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

A ashtray belongs to mold parts which surface is complex. The efficiency of a conventional design and manufacturing is low. In the modeling and processing module of UG NX, the three-dimensional CAD and the three-dimensional CAM are completed and the numerical simulation of mold parts processing is realized. Lastly, the NC code after a few modifications can undertake corresponding input NC machine tool parts processing is generated. It shows the manual programming time is greatly reduced, and the production efficiency is improved. During the simulated parts processing, the operating problems timely found and timely solved are practicable, the error in the actual processing is avoided .

cavity ;UG NX; NC machining; cutter location path

2016-02-28

2016-06-18

安徽農(nóng)業(yè)大學穩(wěn)定人才項目(WD2013-12)基金資助。

楊 義(1969—)，男，安徽五河縣人，安徽農(nóng)業(yè)大學工學院副教授、博士；研究方向：機械設計制造，機械結構，動態(tài)特性研究。

TH162+.1；TH166

A

2096-2371(2016)04-0120-03