基于UG的一種螺旋清角編程方法

李春剛，郭輝，沈勇，田輝

（1.中國人民解放軍海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局駐漢中地區(qū)軍事代表室，陜西 漢中 723000；2.中航飛機(jī)股份有限公司 長沙起落架分公司，陜西 漢中 723003）

0 引 言

UG軟件中殘料開粗一般有三種方法：基于IPW、使用基于層、參考刀具。其中，參考刀具是系統(tǒng)用來計算當(dāng)前切削區(qū)域的假想刀具，其尺寸值比實際開粗刀具大，可對上把刀未加工到的拐角區(qū)域剩余殘料進(jìn)行二次加工。參考刀具銑削具有加工安全性好、計算速度快、二次開粗效率高等優(yōu)勢。在某些情況下，工件拐角部位的幾何型面需圓滑銜接，表面不允許存在坑點或“缺肉”現(xiàn)象，工件在機(jī)械加工后細(xì)砂拋光要達(dá)到良好的外觀質(zhì)量。拐角處采用正確參考刀具實現(xiàn)螺旋清角的方法，就是一種保持幾何特征完整性的理想解決方案。如何在參考刀具清角操作中設(shè)置合理參數(shù)，達(dá)到均勻去除殘料，全刀路順銑走刀，確保幾何表面的完整性，參數(shù)設(shè)置就顯得尤為重要。

1 深度加工輪廓操作

基于參考刀具的深度加工輪廓操作在陡峭區(qū)域應(yīng)用較為普遍，合適的參數(shù)設(shè)置還可以實現(xiàn)高效的類螺旋銑削走刀方式，具體設(shè)置步驟如下[1-2]：

1）在深度加工輪廓操作中，根據(jù)加工工件設(shè)置幾何體。2）在切削參數(shù)中，將“切削方向”設(shè)置為“順銑”，“切削順序”選擇為“始終切削深度優(yōu)先”。3）在非切削移動快捷菜單中，將開放區(qū)域進(jìn)刀設(shè)置為“圓弧”，進(jìn)刀半徑設(shè)置為“50%刀具”直徑，高度調(diào)整為0，為確保部分端銑刀切削刃不過中心，最小安全距離輸入“105%刀具”直徑，退刀與進(jìn)刀方式相同。在“轉(zhuǎn)移/快速”中的“區(qū)域內(nèi)”，轉(zhuǎn)移方式選擇為“安全距離—刀軸”，“區(qū)域間”轉(zhuǎn)移方式選擇為“直接”[3]。4）根據(jù)加工零件選擇合適的刀具或創(chuàng)建新刀具。界面其他參數(shù)保持默認(rèn)，點擊“生成”刀軌，即產(chǎn)生圖1所示的類螺旋銑削刀路。從刀路軌跡可知：刀路嚴(yán)格執(zhí)行順銑設(shè)置，且區(qū)域內(nèi)每層切削結(jié)束后以G01直線插補至下層圓弧起刀點，刀路簡明清晰。

圖1 類螺旋銑削走刀刀路

2 清根參考刀具操作

在清根參考刀具操作中，有一種“單向橫向切削”的切削模式，對其簡單設(shè)置同樣可以生成高效的螺旋清角刀路，且刀路規(guī)整、切削均勻，嚴(yán)格保證順銑或逆銑走刀方式，特別適用于特定場合下的半精、精加工。采用單向橫向切削模式的清根參考刀具操作，一般流程如下：

1）創(chuàng)建清根參考刀具操作，指定部件，選擇刀具。2）在“驅(qū)動方法”→“方法”→“清根”快捷菜單中，“驅(qū)動設(shè)置”→“清根類型”選擇“參考刀具偏置”。“陡峭空間范圍”→“陡角”設(shè)置為90°。非陡峭切削和陡峭切削按圖2設(shè)置，切削模式統(tǒng)一選擇“單向橫向切削”，切削方向調(diào)整為“順銑”，根據(jù)加工精度和表面粗糙度要求設(shè)置步距值。注意對于圖2右側(cè)這樣的被加工幾何特征，在“陡峭切削方向”中需指定“混合”模式，方可實現(xiàn)從非陡峭到陡峭再到非陡峭的順次切削走刀模式，并且刀軌一直保持順銑切削。3）設(shè)置參考刀具。參考刀具大于加工刀具，用于殘料加工。4）其他參數(shù)默認(rèn)，點擊“生成”，即可產(chǎn)生類似彈簧的橫向螺旋切削刀路。

圖2 單向橫向切削參數(shù)設(shè)置及螺旋切削刀路

3 應(yīng)用案例

諸如機(jī)翼下桁條、機(jī)翼下壁板、機(jī)身框架、隔框等飛機(jī)零部件都存在類似的方腔結(jié)構(gòu)，為此文中僅以圖5所示的185 mm×245 mm×45 mm、拔模斜度5°、壁厚5 mm的方腔進(jìn)行清角案例講解。

3.1 編程操作的設(shè)置

假設(shè)清角前已經(jīng)采用D10R4刀具進(jìn)行過二次開粗，本次僅對4個直棱拐角面進(jìn)行加工。清角刀具選用D6R2，編程采用單向橫向切削清根參考刀具操作。

1）創(chuàng)建清根參考刀具操作，指定方腔部件，選擇D6R2刀具；2）在“驅(qū)動方法”→“方法”→“清根”快捷菜單中，“驅(qū)動設(shè)置”→“清根類型”選擇“參考刀具偏置”?！岸盖涂臻g范圍”→“陡角”設(shè)置為90°[4]。非陡峭切削和陡峭切削按圖2左設(shè)置，切削模式選擇“單向橫向切削”，切削方向調(diào)整為“順銑”，“陡峭切削方向”中選擇“高到低”，步距值置為“10%刀具”直徑；3）其他參數(shù)默認(rèn)，點擊“生成”出現(xiàn)圖3左底壁、側(cè)壁8處清角刀軌，而編程只需要4個直棱拐角面刀軌，因此需要進(jìn)一步編輯程序。

3.2 刀軌路徑編輯

為獲得預(yù)想的直棱拐角面刀軌，一種方法是：指定切削區(qū)域確定清角區(qū)域?？稍谇甯鶇⒖嫉毒卟僮鞯膸缀误w中添加“指定切削區(qū)域”，增選內(nèi)腔4個壁，生成圖3右圖的刀路。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，刀路在距底面切深2 mm區(qū)間內(nèi)無刀軌，即使延伸刀軌此問題還是無法解決，嘗試通過清根驅(qū)動方式中切削順序編輯也不能獲得理想刀路。若采用設(shè)置底部為檢查體，將切削參數(shù)中檢查安全距離調(diào)整為0，依然存在刀路在距底面切深約2 mm區(qū)間內(nèi)無刀軌。

在清根參考刀具操作中，為沿刀軸方向延伸刀軌路徑，可將底部分割移除掉，具體參數(shù)設(shè)置同3.1節(jié)。分析刀路發(fā)現(xiàn)，刀軌切深超過原底平面2 mm（即D6R2與側(cè)壁最低處相切）。若再次設(shè)置底部為檢查體，刀軌切深會再次停留在原底平面上方2 mm處，因此可通過刀軌編輯裁剪掉多余刀路[5]。

圖3 角清根

3.3 刀軌編輯

在清根參考刀具操作完成后，點擊鼠標(biāo)右鍵“刀軌”→“編輯”，進(jìn)入刀軌編輯器。在刀軌編輯器的編輯操作中點擊“修剪”進(jìn)入“修剪刀軌”界面，“修剪幾何體”→“幾何體”選擇方腔內(nèi)底面，方向遠(yuǎn)離刀軸側(cè)或背離腔體一側(cè)；“轉(zhuǎn)移/快速”中指定腔體上表面5 mm平面；“確定”返回至刀軌編輯器。此時觀察刀路是否滿足需求，若有多余刀軌可在刀軌編輯器直接對其刀軌段進(jìn)行編輯（如圖4）。圖5為刀軌編輯后的刀路，刀軌切至底面，且間距為0，一個圓弧進(jìn)刀，到切削，退刀至下個圓弧進(jìn)刀處，如此反復(fù)至完成加工。

圖4 “修剪刀軌”界面和刀軌段編輯界面

圖5 方腔直棱角處清角

4 結(jié) 語

文中介紹了參考刀具清根的兩種操作設(shè)置技巧。并對飛機(jī)中機(jī)翼下桁條、機(jī)翼下壁板、機(jī)身框架、隔框零部件等存在的方腔結(jié)構(gòu)簡化案例，采用清根參考刀具操作（單向橫向切削）實現(xiàn)直棱拐角面清根進(jìn)行了詳細(xì)講解，剖析了可能遇到的問題并提供了應(yīng)對策略。文中涉及的螺旋清角的編程方法具有普遍的推廣意義和實用價值。