基于UG8.5的舍棄式螺旋刀刀體的四軸數(shù)控加工

梁豐，呂輝

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東河源517000）

基于UG8.5的舍棄式螺旋刀刀體的四軸數(shù)控加工

梁豐，呂輝

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東河源517000）

分析了舍棄式螺旋刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹UG8.5的四軸加工技術(shù)對(duì)舍棄式螺旋刀刀體的數(shù)控編程和加工工藝的規(guī)劃，并分析了數(shù)控編程中加工策略的選擇及參數(shù)的設(shè)置，解決了斜面精度無(wú)法保證（在舍棄刀片安裝完成后，其圓跳動(dòng)無(wú)法滿足加工要求）的加工工藝難點(diǎn)，取得了良好的加工效果。

舍棄式螺旋刀刀體；UG；四軸數(shù)控加工

舍棄式螺旋刀與傳統(tǒng)焊接式硬質(zhì)合金刀片相比，避免了焊接造成的內(nèi)部組織的變化而降低切削性能，而且舍棄式螺旋刀設(shè)計(jì)有數(shù)個(gè)切削刃，當(dāng)加工過(guò)程中一個(gè)切削刃崩缺不能繼續(xù)工作時(shí)，可以極其方便地轉(zhuǎn)換刀片角度使用另一個(gè)刀片刃口繼續(xù)進(jìn)行加工，直到刀片上的全部刃口報(bào)廢為止。這樣，舍棄式螺旋刀與傳統(tǒng)焊接刀片相比，無(wú)論加工效果、使用成本上都有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用于木材加工行業(yè)的舍棄式螺旋刀從粉末冶金技術(shù)到刀片加工技術(shù)已經(jīng)突破，舍棄式螺旋刀的應(yīng)用日趨成熟，國(guó)內(nèi)家具制造業(yè)也逐步引進(jìn)并開始應(yīng)用[1]。本文旨在介紹舍棄式螺旋刀刀體的加工工藝及加工方法，希望能為企業(yè)生產(chǎn)提供相應(yīng)借鑒。

1 工藝分析

舍棄式螺旋刀結(jié)構(gòu)如圖1所示，其零件的毛坯（精料）最大尺寸為￠97×150，材料為7系航空鋁，表面光潔度較高，此工件有螺旋槽，側(cè)平面還有孔，頂部有半圓球，根部還有個(gè)半圓槽，有一系列的特征，如果在三軸機(jī)床上很難一次性把所有的面都加工到位，可能要多次裝夾加工，對(duì)于效率上來(lái)說(shuō)相對(duì)慢很多，并且多次裝夾產(chǎn)生誤差，使工件精度達(dá)不到理想效果，并且根部半圓槽須用到四軸加工，通過(guò)以上分析，此工件采用四軸加工，一次裝夾可以切削加工所有的面。

圖1 舍棄式螺旋刀的組成

根據(jù)舍棄式螺旋刀刀體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特制訂舍棄式螺旋刀刀體的加工工序?yàn)椋旱扼w螺旋槽粗加工—刀體成型槽粗加工—刀體螺旋面粗加工—刀體螺旋面精加工—刀體螺旋槽面?zhèn)缺诰庸ぁ扼w成型槽底面精加工—刀體成型槽側(cè)壁精加工—刀體成型槽斜面精加工—螺紋孔定位孔加工—加工螺紋孔—螺紋孔攻絲。

2 加工準(zhǔn)備

2.1 加工設(shè)備的選取

根據(jù)加工要求及河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有的條件，選用了HARDINGE四軸加工中心（操作系統(tǒng)為FANUC數(shù)控系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)軸為A軸），哈挺四軸加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，機(jī)床剛性較好，加工精度穩(wěn)定，能夠滿足刀體的加工需要。

2.2 工件的裝夾

舍棄式螺旋刀刀體毛坯精料已經(jīng)將中間的孔加工完成，為了便于加工，需要制作專門的夾具（芯軸及芯軸隔套），裝夾時(shí)，現(xiàn)將芯軸固定在機(jī)床回轉(zhuǎn)軸上，再將舍棄式螺旋刀刀體安裝在芯軸上，芯軸隔套主要是根據(jù)舍棄式螺旋刀刀體的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整定位。因?yàn)楣ぜ^為寬大，在前端加裝一個(gè)頂尖來(lái)防止在切削的時(shí)候振動(dòng)變形，同時(shí)在一條軸線上固定，使工件的精度達(dá)到要求。裝夾模擬圖如圖2所示，實(shí)際裝夾效果如圖3所示。

圖2 舍棄式螺旋刀刀體的裝夾

2.3 加工工序及關(guān)鍵工藝參數(shù)表

由于舍棄式螺旋刀刀體的材料為鋁合金材料，其硬度較低，切削性較好，另根據(jù)模型各加工區(qū)域形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行加工工藝分析，確定各加工工序使用的刀具及主要切削參數(shù)如表1所示。

表1 加工工序使用刀具及主要切削參數(shù)表

3 數(shù)控加工工藝的制定與后置處理

本文數(shù)控加工工藝的刀路制定是基于UG8.5軟件，該軟件在實(shí)踐加工中應(yīng)用非常廣泛。軟件功能很強(qiáng)大，可以進(jìn)行多軸數(shù)控加工。本文的多軸加工編程刀路采用了其中比較常用的基本加工策略和多軸加工策略[2]。

3.1 數(shù)控加工工藝的制定

（1）刀體螺旋槽粗加工，采用“可變輪廓銑加工”去除余料，留0.3余量進(jìn)行精加工，生成的刀路如圖4所示。

圖4 刀體螺旋槽粗加工刀路

（2）刀體成型槽粗加工，采用“等高型腔銑”去除大面積余料，留0.5余量進(jìn)行精加工，生成的刀路如圖5所示。

圖5 刀體成型槽粗加工刀路

（3）刀體螺旋面粗加工，采用“平面銑”加工，留0.1余量進(jìn)行精加工。

（4）刀體螺旋面精加工，采用“平面銑”加工，去除余量，生成的刀路如圖6所示。

圖6 刀體螺旋面加工刀路

（5）刀體螺旋槽側(cè)壁精加工，采用“可變輪廓銑加工”去除余量。

（6）刀體成型槽底面精加工，采用“平面銑”加工，去除余量，生成的刀路如圖7所示。

圖7 刀體成型槽底面精加工

（7）刀體成型槽側(cè)壁精加工，采用“等高型腔銑”加工，去除余量，生成的刀路如圖8所示。

圖8 刀體成型槽側(cè)壁精加工刀路

（8）刀體成型槽斜面精加工，采用“等高型腔銑”加工，去除余量，生成的刀路如圖9所示。在加工刀體成型槽斜面時(shí)刀具不能選擇過(guò)大，不然會(huì)對(duì)刀體成型槽底面產(chǎn)生過(guò)切。另外加工時(shí)要保證刀軸與加工斜面垂直。

圖9 刀體成型槽斜面精加工刀路

（9）螺紋孔定位孔加工，采用“標(biāo)準(zhǔn)鉆G81”，確定螺紋孔的位置。

（10）螺紋孔加工，采用“標(biāo)準(zhǔn)鉆，深孔鉆G83”，生成的刀路如圖10所示。

（11）螺紋孔攻絲，采用“標(biāo)準(zhǔn)鉆攻絲G84”，對(duì)孔進(jìn)行攻絲。

3.2 后置處理

由于選用的四軸數(shù)控機(jī)床編程相比三軸數(shù)控機(jī)床多了一個(gè)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸。為了保證加工的安全，用UG編程后還需進(jìn)行仿真加工和后置處理。各特征刀路路徑編程后，需要全部仿真加工進(jìn)行初步校驗(yàn)，檢查是否存有漏切、過(guò)切現(xiàn)象，初步檢驗(yàn)是否滿足加工要求。在仿真軟件中進(jìn)行刀路仿真時(shí)，有些安全隱患是看不出的，如夾具對(duì)刀具產(chǎn)生的干涉。因此在加工前，必須對(duì)機(jī)床后置處理和裝夾干涉，按實(shí)際情況設(shè)置。后處理程序必需按照四軸數(shù)控機(jī)床的實(shí)際配置考慮，四軸數(shù)控機(jī)床的后置處理根據(jù)系統(tǒng)和機(jī)床型號(hào)不同而不同，不同類型的四軸數(shù)控機(jī)床要根據(jù)具體的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸配置（繞哪個(gè)軸為旋轉(zhuǎn)軸）、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床型號(hào)、工作臺(tái)的行程等因素編制適合具體機(jī)床型號(hào)的后處理選項(xiàng)文件，這樣產(chǎn)生的NC代碼才能使用，否則刀路會(huì)產(chǎn)生亂刀，出現(xiàn)主軸與零件、機(jī)床相碰撞的情況[3]。

4 加工效果

按上述工藝參數(shù)設(shè)置，經(jīng)試切、干涉檢查確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)入實(shí)體的加工階段，加工好的舍棄式螺旋刀刀體如圖11所示。其精度都達(dá)到了使用要求。

圖11 加工完成的舍棄式螺旋刀刀體

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)舍棄式螺旋刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定了芯軸及芯軸隔套對(duì)刀體進(jìn)行裝夾的裝夾方案。并通過(guò)UG8.5的四軸加工技術(shù)對(duì)舍棄式螺旋刀刀體的數(shù)控編程和加工工藝的進(jìn)行了規(guī)劃，確定了加工刀具及加工參數(shù)，加工程序經(jīng)仿真加工及后置處理，順利完成了舍棄式螺旋刀刀體的加工任務(wù)，取得了良好的加工效果。

[1]呂輝，廖曉明．多軸加工編程實(shí)例教程[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2]寇文化．?dāng)?shù)控銑多軸加工工藝與編程[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[3]曹懷明．四軸數(shù)控加工實(shí)例詳解[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Four-Axes CNC Machining of Abandoning Type Spiral Cutting Blade Based on UG8.5

LIANG Feng，LV Hui
（Heyuan Polytechnic，Heyuan Guangdong 517000，China）

The structural characteristics of abandoning type spiral cutter was analyzed in this paper.This paper also introduced the CNC programming and the planning of processing technology for abandoning type spiral cutting blade applying the Four-axes NC technology based on UG8.5.The CNC machining programming choices and parameter settings were also analyzed in this paper.The processing technology difficulties of cant precision unable assure were solved and a good machining results were achieved.

abandoning type spiral cutting blade；UG；four-axes cnc machining

TH162

：A

：1672-545X（2017）01-0174-03

2016-10-14

梁豐（1978-），男，黑龍江密山人，講師，本科，主要研究方向：機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。