UG在高速切削加工技術(shù)中的應(yīng)用分析

摘要：中國制造2025戰(zhàn)略提出后，機械制造業(yè)正朝著綠色高速切削的方向發(fā)展。高速切削加工技術(shù)是一項綜合技術(shù)的應(yīng)用，涉及到工藝參數(shù)的合理設(shè)置、機床技術(shù)、高速刀具等，已經(jīng)在發(fā)達國家的生產(chǎn)加工中被廣泛應(yīng)用，并且產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟效益。本文簡析了高速切削加工技術(shù)的特點和應(yīng)用，基于UG的運用對系統(tǒng)提出了使用要求，歸納和總結(jié)了UG在高速切削加工技術(shù)中的應(yīng)用，希望對業(yè)內(nèi)同行提供一定的幫助和借鑒價值。

關(guān)鍵詞：UG;高速切削加工技術(shù);造型;仿真

中圖分類號：TG76;TG506.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5312（2019）24-0274-02

一、前言

2015年5月19號，我國提出中國制造2025戰(zhàn)略，提出一是國內(nèi)制造業(yè)從大到強的轉(zhuǎn)變的需要。二是應(yīng)對新工業(yè)革命的挑戰(zhàn)的需要，尤其是發(fā)達國家提出了一系列制造業(yè)振興規(guī)劃，包括再工業(yè)戰(zhàn)略。2019年2月16日在北京舉行的“中國經(jīng)濟50人論壇2019年年會”，中國社科院工業(yè)經(jīng)濟研究所所長黃群慧指出，現(xiàn)階段振興制造業(yè)，推進制造業(yè)效率的提升是我們走出中等陷阱的必要步驟。提高質(zhì)量和精度，中國制造2025轉(zhuǎn)向制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展也是制造業(yè)的發(fā)展趨勢之一，高速切削加工技術(shù)是以追求不斷提高加工精度為目標(biāo)的工程科學(xué)與技術(shù)，是一種典型的高精制造技術(shù)。制造強國戰(zhàn)略本身對我們國家經(jīng)濟發(fā)展的重大意義沒有發(fā)生改變。中美貿(mào)易摩擦背景下，美國把矛頭指向了中國制造2025.政策思路的轉(zhuǎn)變，從趕超對標(biāo)轉(zhuǎn)向強調(diào)公平競爭，完善產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展基礎(chǔ)的功能性產(chǎn)業(yè)政策的轉(zhuǎn)變，要弱化重點產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域選擇，尤其是要發(fā)揮好競爭政策的基礎(chǔ)作用。要發(fā)揮中國制造業(yè)的核心能力，為全球制造業(yè)發(fā)展做出原創(chuàng)性貢獻。

高速切削加工技術(shù)是先進實用的制造技術(shù)，是當(dāng)前制造領(lǐng)域中常用的切削加工技術(shù)之一，高速切削加工的生產(chǎn)效率高、表面質(zhì)量高、加工精度高，前景廣闊應(yīng)用廣泛。隨著機械制造技術(shù)與制造理念的不斷發(fā)展，即便是傳統(tǒng)加工工藝難以處理的特殊材料的加工問題，在高速切削加工工藝應(yīng)用下也可取得較好的加工效果。

但是高速加工并不是簡單地提高主軸轉(zhuǎn)速，它需要考慮刀具的走刀路線、數(shù)控編程的合理性和最優(yōu)性，本文引入Uni-graph（簡稱UG）在高速切削加工中的應(yīng)用分析，充分發(fā)揮高速銑削加工的特長，成倍提高切削生產(chǎn)的效率，改善零件的加工精度和表面質(zhì)量，在一定程度上降低生產(chǎn)成本。

二、高速切削加工技術(shù)的特點和應(yīng)用

機械切削加工技術(shù)正朝著綠色高速切削技術(shù)逐漸發(fā)展。起始于20世紀80年代，以高速切削速度、高進給速度和高加工精度為主要特征的高速切削加工技術(shù)，是近20年來迅速崛起的一項高新技術(shù)，屬于一種較為常見的綠色切削技術(shù)，目是的達到加工的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗。切削參數(shù)的選擇和加工工藝的制定是否合理，直接影響到零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

（一）高速切削加工技術(shù)的特點

1.高的加工質(zhì)量

數(shù)控編程是高速切削加工技術(shù)的關(guān)鍵性工作，通過優(yōu)化數(shù)控程序，減小復(fù)雜零件加工過程中所產(chǎn)生的橫向切削力，減小切削功率以降低數(shù)控機床的振動，保證基準和精準部位的加工，減小受迫振動和受力變形，提升零件的加工質(zhì)量。

2.高的生產(chǎn)效率

高速切削加工技術(shù)不僅表現(xiàn)在高的加工質(zhì)量，還表現(xiàn)在高的生產(chǎn)效率。在高速切削加工技術(shù)中，高的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度是一大特點，工件與刀具的相對轉(zhuǎn)速達到3000r/min以上，切削速度超過普通切削的5到10倍，在進給速度方面，能比常規(guī)普車加工提高2-3倍，通過優(yōu)化程序，減少輔助時間，增加單位時間材料的切除率，提高生產(chǎn)效率。

3.降低生產(chǎn)成本

高速切削加工技術(shù)因為其高的加工質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率，使得生產(chǎn)效益得以不斷提高。高速切削加工技術(shù)適合批量生產(chǎn)，高的切削速度縮短了加工時間，減少了資源的浪費，高速切削加工設(shè)備成本較高，高精密加工技術(shù)和大批大量生產(chǎn)可使生產(chǎn)設(shè)備成本減少，同時生產(chǎn)效率的提高，也可使生產(chǎn)成本降低。

（二）高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用

自20世紀90年代以來，高速切削加工技術(shù)主要應(yīng)用于汽車生產(chǎn)中，其未來的應(yīng)用范圍必將進一步拓展。高速切削加工技術(shù)具有較強優(yōu)越性和先進性，其配套技術(shù)也得到了全面發(fā)展，使得轉(zhuǎn)速與進給速度及精確程度都不斷提升，切削力能夠降低30%，減小了切削熱的影響和切削變形。應(yīng)用在粗加工中，選取大的背吃刀量和大的進給量快速去除加工余量，尺寸精度及表面粗糙程度方面的要求并不是很高，因此，主要是要求機床運行穩(wěn)定，刀具平穩(wěn)進給，產(chǎn)生軌跡不會有顯著形變發(fā)生，金屬切削過程沒有突變，不會發(fā)生大的沖擊。應(yīng)用在精加工中，選取高的切削速度，保證加工精度、表面粗糙度和表面質(zhì)量。適當(dāng)降低背吃刀量，提高進給速度，合理設(shè)置加工順序和走刀路線，處理好階梯面、平面、曲面和過渡圓角的關(guān)系，充分發(fā)揮高速切削技術(shù)的優(yōu)勢和特點。

（三）高速切削加工對UG系統(tǒng)的應(yīng)用要求

引入UG滿足編程速度要求高、優(yōu)化進給速度和快速修調(diào)的需求，可以實現(xiàn)復(fù)雜曲線和曲面的特色加工。系統(tǒng)滿足如下要求：自動快速加工，編程速度快，可優(yōu)化系統(tǒng)工藝參數(shù)，具備防止過切和刀柄干涉檢查的能力，并且對于特殊加工要求，可提供相應(yīng)的加工策略。

總之，切削速度及加速度必須控制在機床的承受能力范圍內(nèi)，從加工刀軌質(zhì)量控制、刀具過載問題控制、進刀或退刀運動控制以及程序處理速度的提高等方面著手，通過計算機仿真進行控制參數(shù)的設(shè)置和程序設(shè)計，實現(xiàn)工藝參數(shù)設(shè)置、修調(diào)和管理密碼設(shè)置管理，通過幾何計算和物理特性分析有效改善多功能數(shù)控機床的靜力、動力與熱力性能，提高高速切削加工時數(shù)控機床的精度，實現(xiàn)自動化、綠色化和智能化加工，較大地提升了零件加工的精度和表面質(zhì)量。

三、UG在高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用

UG是先進、高端的面向機械制造業(yè)的加工軟件，是目前市面上最常用的曲面造型、高速銑削加工軟件，采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化造型技術(shù)，設(shè)計和制造周期都比較短，是高職院校機制專業(yè)的專業(yè)核心課。UG有許多功能模塊，基于約束的特征建模，具有強大的建模工具，能顯示幾何建模方法，可建立實體、曲線、曲面等對象，可拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、矩陣以及布爾運算、抽殼處理等操作，可對零件造型進行著色、消隱和干涉檢查，并從實體中提取幾何特性和物理特性。型腔銑是模具粗加工的常用方法，精加工是高速切削加工的最后工序。按照圖紙和零件的設(shè)計要求，實現(xiàn)最好的表面粗糙度和加工精度，走刀路線盡量最短，達到平穩(wěn)安全高效的加工。

曲面輪廓銑是精加工常用的方法，UG在實體造型、曲面類幾何體的切削加工中，優(yōu)勢明顯，能方便地實現(xiàn)模具花紋的2D和3D的線框模型及掃描實體，并可進行布爾操作和參數(shù)化編輯。UG軟件提高了中間造型的速度，減少造型的精度偏差，通過控制到軸、投射矢量和驅(qū)動方法，其刀軌就能沿著復(fù)雜的輪廓進行加工。通過粗加工給精加工留有很小的加工余量，是高速切削加工非常重要的一步。UG軟件進行3D造型和繪圖設(shè)計完成后，功能模塊將由零件文件所產(chǎn)生的刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成NC文件，即生成數(shù)控加工程序，編制工藝計劃，然后通過連接機床的光纖傳送統(tǒng)一的有關(guān)數(shù)據(jù)或者將統(tǒng)一的文件傳輸格式拷貝到高速數(shù)控銑床上進行加工零件，實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)共享，并為后置處理作準備。借助計算機對零件結(jié)構(gòu)、受力分析和加工精度進行模擬和仿真，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，在正式加工零件前解決可能存在的問題，提高零件設(shè)計效率和加工質(zhì)量，降低成本。

有些零件制造比較復(fù)雜，交貨期比較短，采用常規(guī)的數(shù)控加工，效率低、周期長。UG軟件提供了強大的二次開發(fā)功能，將以前眾多的成果文件整合到一起，統(tǒng)一指定菜單按鈕和工具欄按鈕，實現(xiàn)個性化設(shè)置快捷鍵、下拉菜單和對應(yīng)的工具條，通過兩只手的配合，達到快速畫圖的目的，減少輔助時間，提高工作效率。UG軟件具有自動化、高效性的特點，能較快計算出無過切刀具路徑，生成高質(zhì)量的加工程序，減少操作者優(yōu)化程序的時間，避免等待加工時間長的問題，保證高速機床能夠高效的運轉(zhuǎn)。在高速切削加工中，刀痕問題是一大難題。加工完零件后，其表面會留有接刀痕，而高速切削加工中又不能用最常用的拋光方式去除刀痕，這就需要UG軟件應(yīng)用在零件的精加工中來去除，刀具路徑圓弧差補，減小圓弧處進給速度，保證加工刀軌的光滑與平穩(wěn)，獲得更好的圓角表面質(zhì)量。為了延長刀具壽命，切屑載荷應(yīng)保持不變。在輪廓面上不要有進退刀，即在輪廓面外進退刀，控制加工余量均勻，避免高速下的加工方向突變，遵循“小刀快跑”原則。高速刀具和機床技術(shù)是導(dǎo)致我國高速高效制造行業(yè)發(fā)展緩慢的另一大原因。

綜上所述，UG軟件具備概念設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計和詳細設(shè)計的功能，具有的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化實體特征造型技術(shù)，通過計算機實現(xiàn)造型數(shù)據(jù)等資源共享，并為零件的集成制造提供了良好的平臺。UG軟件對零件進行造型和仿真，不僅提高了設(shè)計效率，而且縮短了設(shè)計周期和生產(chǎn)時間，輔助以并行加工技術(shù)，大大提高了高速切削加工的加工精度和表面質(zhì)量。要定期更新計算機系統(tǒng)，優(yōu)化內(nèi)存和硬盤，確保各模塊的一致性，為實現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術(shù)保障。

四、結(jié)語

UG軟件提高了零件的加工速度，縮短了設(shè)計及編程周期，在高速切削加工的應(yīng)用得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛認可，是未來最具發(fā)展前途的加工技術(shù)之一。數(shù)字化、集成化的發(fā)展方向滿足高速加工要求，提高加工效率與加工精度。

21世紀以來，復(fù)雜類零件在生產(chǎn)中幾乎全部以五軸聯(lián)動中幾乎全部以高速切削的方式進行加工。高速切削加工技術(shù)是一種新型的先進加工技術(shù)之一，制造業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛和普遍，特別是對要求十分精準的航空航天、軍械、汽車、造船以及模具等行業(yè)，發(fā)展空間和前景十分廣闊。

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作者簡介：荊凱，四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電與信息工程系。