基于UG的精密凹槽零件數(shù)控加工技術(shù)初探

陳小雷

（茂名市高級(jí)技工學(xué)校，茂名 525000）

在對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，精確度要求較高，由于凹槽零件的開放區(qū)域加工較為精細(xì)，在進(jìn)行切削加工時(shí)工作較為困難。這類零件用于切割加工的區(qū)域是封閉的，因此進(jìn)行銑削加工時(shí)刀具面對(duì)的阻力較大，其磨損較為嚴(yán)重，容易損壞，其排屑工作也較為困難，不能保證凹槽工件加工后的質(zhì)量。UG的CAD模塊可以很好地完成凹槽零件幾何體相關(guān)的參數(shù)建模，然后再使用UG的CAM模塊對(duì)凹槽的制造進(jìn)行數(shù)控編程，用編程的方式來設(shè)置加工凹槽零件的刀具軌跡以及切削的方法，最后得到的NC程序可以進(jìn)行凹槽零件的精密加工。

如今，國(guó)外精密凹槽零件數(shù)控加工作業(yè)主要選用高速銑削少切削力的方式來避免刀具出現(xiàn)損壞的情況，保證零件的粗糙程度達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，這種加工技術(shù)在國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工工廠也正慢慢推廣，但是它對(duì)于整個(gè)加工系統(tǒng)的要求較為嚴(yán)格，并且成本較高。本文用UG軟件來對(duì)凹槽零件數(shù)控加工的切削用量、下刀方法以及加工路線的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，并研究了基于UG的精密凹槽零件數(shù)控加工技術(shù)。

1 利用UG軟件對(duì)精密凹槽零件的CAD建模

凹槽零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成元素較多等特點(diǎn)，在小批量生產(chǎn)凹槽零件時(shí)，首先需要進(jìn)行編程操作，由于一些較難加工的零件元素（如曲面）的加工要素通過傳統(tǒng)手工編程的操作方式是較難實(shí)現(xiàn)的，因此負(fù)責(zé)對(duì)精密凹槽零件進(jìn)行數(shù)控加工的技術(shù)人員需要選用功能齊全且符合經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)原則的軟件來進(jìn)行加工。而UG軟件的CAD功能較為全面，精密度較高，人們可以使用UG軟件的CAD功能進(jìn)行比較復(fù)雜的曲面造型以及三維設(shè)計(jì)，可以使用UG軟件的草圖繪畫工具來繪制凹槽零件的原始草圖，然后使用UG軟件中的繪圖工具對(duì)草圖發(fā)出鏡像、拉伸、邊倒圓、倒斜角、孔特征以及布爾運(yùn)算等命令來完善凹槽零件的具體三維圖形。圖1為數(shù)控車床加工零件凹槽的內(nèi)輪廓。

2 基于UG的凹槽零件數(shù)控加工設(shè)計(jì)

一般來說，凹槽零件的數(shù)控加工要素有四種，分別是：零件外形、曲面、槽以及孔。在加工過程中，人們可以根據(jù)零件的最小凹圓角，選擇直徑大小合適的立銑刀來對(duì)凹槽零件進(jìn)行加工，零件輪廓上的倒斜角以及邊倒圓都屬于曲面加工。在數(shù)控加工的過程中，還要考慮刀具以及工件的干涉問題，盡量避免出現(xiàn)過切的情況。一些凹槽零件的槽型較為復(fù)雜，尺寸排布較為緊湊，用于切削加工的條件不好，這種情況下要對(duì)零件進(jìn)行多次加工。

圖1 數(shù)控車床加工零件凹槽的內(nèi)輪廓

在UG加工的過程中，要合理應(yīng)用UG軟件的Manufacturing模塊，UG軟件的Manufacturing模塊可以選擇零件的幾何體參數(shù)來對(duì)凹槽零件進(jìn)行精密加工，所選用的凹槽幾何體模型之間必須要有一定的關(guān)聯(lián)。另外，UG軟件里的CAM只在組件庫(kù)文件中才能應(yīng)用，因此要先將各個(gè)部件進(jìn)行組合，再將組合的部件調(diào)到裝配部進(jìn)行應(yīng)用，這樣可以生成包含組件，為精密凹槽零件的制造創(chuàng)造條件。在對(duì)零件進(jìn)行切削加工時(shí)，工件變形的程度較低，對(duì)所用加工刀具的磨損力度也較小。因此，凹槽零件的加工可以劃分為粗加工和細(xì)加工，這樣可以有效提升加工效率，減少換刀次數(shù)。

基于UG的精密凹槽零件數(shù)控加工首先要對(duì)凹槽零件進(jìn)行第一次粗加工，這個(gè)階段的目的是將凹槽零件毛坯的大部分原料去除。第一次粗加工應(yīng)該選擇直徑較大的刀具，并且將切度要深，進(jìn)給的速度要快，還要設(shè)置相對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速，工件所用到的夾具一般為平口鉗。在對(duì)凹槽工件進(jìn)行加工的過程中，如果毛坯工件總是出現(xiàn)移位的情況，人們可以在工件毛坯的安裝平面上銑出深度合理的兩條定位槽，這兩條定位槽用于對(duì)平口鉗鉗口進(jìn)行定位。刀具直徑一般選擇小于所加工凹槽零件1㎜的立銑刀，如果所選用的立銑刀直徑大于凹槽零件的槽和孔的尺寸，則此次用來加工的立銑刀不參與孔和槽的加工，切削作業(yè)都在零件的開放區(qū)域進(jìn)行。第一次粗加工完成后，要進(jìn)行第二次粗加工。第一次粗加工只是將凹槽的余量切除，但是凹槽零件頂面的槽和孔都沒有進(jìn)行加工，零件進(jìn)行第二次粗加工時(shí)要選擇直徑較小的，加工頂面槽所選用的刀具依然要選擇比槽直徑小于1㎜的，因?yàn)榈诙未旨庸な窃诜忾]區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。立銑刀在Z向進(jìn)刀的過程中，人們要將刀具中心的切削速度設(shè)置為零，不然刀具很容易出現(xiàn)扎刀的情況，這樣會(huì)損壞刀具。因此，刀具在進(jìn)行Z向進(jìn)刀時(shí)，人們要注意避開插銷操作，將給進(jìn)的速度設(shè)置低一點(diǎn)，第二次粗加工要選擇兩種刀具，并且分成兩次進(jìn)行，這樣不僅可以提升加工凹槽零件的工作效率，還能使加工的尺寸較為準(zhǔn)確。

完成第二次粗加工后，要對(duì)凹槽零件進(jìn)行二維輪廓的精加工。這個(gè)加工是對(duì)凹槽零件的外形加工，刀具的選擇方面受到凹槽零件外形凹圓角以及凹槽之間間距尺寸的限制，一般情況下的加工類型為平面輪廓銑，進(jìn)行切削的方向是順銑，設(shè)置的切削順序要以層排序，還要將刀的路徑設(shè)置為光順。為了使凹型零件的刀痕減少，以保證凹槽零件外形的美觀，人們要根據(jù)凹型零件的實(shí)際情況來設(shè)置進(jìn)刀的深度。完成二維輪廓精加工后，要對(duì)孔進(jìn)行精加工，孔的精加工主要利用銑削和鉸削操作來實(shí)現(xiàn)，這兩種加工方式相對(duì)應(yīng)的使用情況不同。銑削所用到的刀具具備通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此適用于數(shù)控機(jī)床精度允許的情況下對(duì)凹槽零件進(jìn)行孔加工，在小批量以及中批量凹槽零件加工中適用。鉸孔技術(shù)是在數(shù)量較多的孔加工中適用?？椎木庸ね瓿珊笠M(jìn)行平面的精加工，需要的刀具為立銑刀，為了降低換刀頻率，人們要選擇直徑較小的立銑刀進(jìn)行平面的精加工。這種加工類型為平面銑，對(duì)平面的切削方式是要跟隨周邊，設(shè)置的加工步距一般為所選用刀具直徑的70%，進(jìn)刀方式設(shè)置為線性。

完成凹槽零件平面的精加工后，要進(jìn)行零件凹槽的精加工，在數(shù)控加工中，較為緊湊的凹槽一直是難點(diǎn)，刀具的選擇要參考零件的最小凹槽尺寸，人們要選擇直徑小于凹槽直徑1㎜的刀具。此次操作的類型為平面銑，為了降低刀具Z向切削時(shí)的阻力，要提升其形位精度，選取螺旋式的下刀方法，切削動(dòng)作要跟隨部件，將起點(diǎn)鉆設(shè)置在凹槽的中間，加工順序要遵循深度優(yōu)先的原則。同時(shí)，人們要將刀路設(shè)置光順，這樣加工出來的凹槽零件才會(huì)光滑并且刀痕少。

精密凹槽零件數(shù)控加工的最后一個(gè)步驟為對(duì)凹槽零件的實(shí)際切削仿真，UG軟件具備模擬功能，這個(gè)功能可以將凹槽零件加工的整個(gè)過程模擬出來，這個(gè)操作步驟要在生成加工零件的刀具路徑后進(jìn)行。通過應(yīng)用UG軟件的仿真模擬功能，加工技術(shù)人員可以清楚地看到加工刀具的加工路徑，可以通過觀察仿真精密加工的過程以及結(jié)果來判斷加工方案的合理性。如果加工過程中有碰撞的情況出現(xiàn)，技術(shù)人員可以對(duì)零件精密加工方案進(jìn)行調(diào)整，這樣可以避免在實(shí)際加工的過程中出現(xiàn)較大誤差。完成仿真工作后，技術(shù)人員通常都會(huì)查看工件的顏色，判斷凹槽零件是否有切削太過或切削不到位的情況，合理應(yīng)用UG軟件功能可以在很大程度上降低精密凹槽零件出現(xiàn)問題的概率，有效提升加工系統(tǒng)的安全性能。仿真工作結(jié)束后，需要通過UG軟件的后處理功能將刀位的走向選中，然后再導(dǎo)入到數(shù)控機(jī)床的專用后處理文件中，從而生成用于執(zhí)行命令的代碼，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)線來將代碼程序輸入給數(shù)控加工機(jī)床。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于UG軟件基礎(chǔ)的精密凹槽零件數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行探究，并結(jié)合凹槽零件的特點(diǎn)說明數(shù)控機(jī)床的加工步驟。對(duì)于加工凹槽零件技術(shù)來說，科學(xué)合理的加工方案十分重要。在對(duì)凹槽零件進(jìn)行數(shù)控加工的過程中，人們可以使用UG軟件的CAM功能來獲得數(shù)控加工的數(shù)控編程和刀具路徑，方案設(shè)計(jì)完畢后可以通過UG軟件進(jìn)行仿真模擬來對(duì)加工方案進(jìn)行檢驗(yàn)，還可以在HAAS vf3機(jī)床上對(duì)數(shù)控加工所用到的編程合理性進(jìn)行驗(yàn)證。合理地應(yīng)用UG軟件來對(duì)精密的凹槽零件進(jìn)行加工具有傳統(tǒng)數(shù)控加工所沒有的優(yōu)勢(shì)，因此UG在精密凹槽零件數(shù)控加工中的應(yīng)用有利于提升零件的精確度，保證加工工件質(zhì)量，推動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

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