基于UG和宏程序的螺旋槽零件復(fù)合車銑加工

郭鵬遠 呂小斌 廖萬明

摘要：以某公司新研發(fā)的螺旋槽零件前期樣件為實例，運用UG軟件進行三維建模和自動編程，結(jié)合單獨編制的宏程序指令，經(jīng)過仿真切削驗證，得到可以實際加工的程序代碼;通過實際加工檢驗，該方法能夠保證螺旋槽零件的加工精度，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：螺旋槽;復(fù)合車銑加工;UG;宏程序

中圖分類號：TG65-4;G712.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0080-02

0? 引言

螺旋槽零件是在一個圓柱面上含有螺旋的槽，形狀較復(fù)雜，采用常規(guī)的三軸數(shù)控機床很難完成加工[1]。多采用四軸聯(lián)動的數(shù)控加工中心進行加工，通過CAM軟件進行自動編程或者手工編制宏程序的方法得到對應(yīng)加工程序。常用的自動編程軟件有UG、MasterCAM、PowerMILL等[2-3]，無需計算，但程序較長;宏程序編程一般是利用螺旋槽的函數(shù)關(guān)系式，進行手工編程，編程過程復(fù)雜，但程序簡潔[4]。通常情況是利用其中一種編程方式來完成程序編制，但是當(dāng)遇到零件有特殊加工要求時，就需要考慮結(jié)合各自優(yōu)勢得到所需程序。

本文針對螺旋槽零件加工過程中容易出現(xiàn)斷刀、尺寸不穩(wěn)定、螺旋線與圓弧過渡處不光滑加工精度低等問題，采用UG自動編程結(jié)合手工宏程序編程的方法進行程序編制。在UG軟件中完成粗加工、半精加工、初次精加工的自動編程，用宏程序進行二次精加工的手工編程，程序驗證無誤后，導(dǎo)入機床完成實際加工。

1? 圓柱曲面螺旋槽零件的工藝分析

1.1 圓柱曲面螺旋槽零件的概述

需要制作的零件是某機械設(shè)備中一個圓柱曲面螺旋槽，如圖1所示。在右端？準(zhǔn)50mm的圓柱面上（材料為45#碳素鋼）有兩條互為180°的螺旋槽，槽寬10±0.015mm，槽長23±0.05mm，槽深下至內(nèi)孔。技術(shù)要求：螺旋槽倆側(cè)壁無振紋，無毛刺，螺旋線與圓弧過渡光滑，表面粗糙度為Ra0.8。通過對圓柱曲面螺旋槽零件的分析，該零件形狀相對復(fù)雜，精度要求高。采用自動編程和宏程序編程的結(jié)合，在精度較高的復(fù)合車銑加工中心上進行加工制造。

1.2 影響圓柱曲面螺旋槽加工精度的因素分析

①斷刀因素分析。由于背吃刀量過大，切削阻力的增大，刀具進給速度過快，刀具磨損嚴(yán)重，勢必使刀具屈服強度下降，造成斷刀。

②螺旋線與圓弧過渡處不光滑因素分析。由于UG編程加工生成的刀具軌跡都是由無數(shù)點和線段組成的，從而達到逼真加工的目的。而在實際加工過程中刀具的徑向跳動誤差和工件的裝夾誤差一定會對螺旋線和圓弧過渡處產(chǎn)生影響。

③尺寸誤差因素分析。因為機床存在間隙誤差，刀具存在徑向跳動誤差，以及工件存在裝夾誤差，這些誤差都是不可避免的，從而影響工件在加工過程中尺寸和表面粗糙度的穩(wěn)定性。

2? 復(fù)合車銑加工程序編制

2.1 復(fù)合車銑加工技術(shù)原理

利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合運動來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體工件的切削加工任務(wù)，能夠達到一次裝夾，完成多道工序的目的。

2.2 數(shù)字三維造型

在UG軟件中根據(jù)螺旋槽成形運動特征，把掃描混合和高級曲面造型相結(jié)合的方式，通過對螺旋槽特征參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)對螺旋槽精確的造型，得到三維數(shù)字模型，如圖 2所示。

2.3 自動編程和宏程序編程

①切削參數(shù)是編程中的重要參數(shù)之一。結(jié)合自己的加工經(jīng)驗以及機床的精度，給出下列圓柱曲面螺旋槽加工切削參數(shù)表1。

②利用UG自動編程里面的定軸3D開粗，四軸聯(lián)動半精加工切削方式，優(yōu)化刀具軌跡，加工時間短，效率高，見圖3。

③宏程序的編程依據(jù)的是螺旋槽函數(shù)關(guān)系式。本文在精加工中利用宏程序和機床輪廓控制指令G5.1結(jié)合的編程方式，見圖4。并且把精加工分成兩次進行，第一次精加工找出機床的間隙誤差和刀具的徑向跳動誤差以及工件的裝夾誤差值。第二次精加工利用第一次精加工找出的誤差值，進行刀具半徑補償，再開始第二次精加工，最終達到零件的技術(shù)要求。

2.4 仿真驗證與后處理程序

①根據(jù)零件圖設(shè)定好毛胚材料、尺寸，選擇3D動態(tài)，開始仿真加工，如圖5所示。

②經(jīng)驗證無誤后，分段導(dǎo)出后處理程序。

2.5 圓柱曲面螺旋槽實際加工

①本文采用CXK205復(fù)合車銑加工中心，具有高剛性，高精度，高效率的加工特點，刀具主軸均為電主軸，最高轉(zhuǎn)速能達到12000rpm，主軸擺動精度0.01-0.02mm，這樣的機床能保證工件在加工過程中的加工精度。

②完成工件的裝夾，在加工之前，對裝夾在A軸上的工件用千分表校正，使工件的軸心線與A軸的軸心線高度一致;并且，銑刀裝在主軸上也要用千分表校正，使刀具軸心線與主軸軸心線的同軸度在誤差范圍內(nèi)。這樣在很大程度上保證了零件的加工精度，從而使螺旋線與圓弧過渡處光滑連接。加工結(jié)果如圖6。

3? 結(jié)束語

利用UG軟件自動編程和手工編寫宏程序的方法對圓柱曲面螺旋槽進行粗加工、半精加工、精加工編程，經(jīng)實際加工驗證，這種方法不僅滿足零件的加工要求，還解決了螺旋槽零件加工過程中容易出現(xiàn)斷刀、尺寸不穩(wěn)定、螺旋線與圓弧過渡處不光滑等問題，能夠提高零件的加工精度，提升生產(chǎn)效率，希望為同類零件的加工提供參考。

參考文獻：

[1]劉艷申.雙頭螺旋槽零件的造型與加工[J].機床與液壓， 2015，43（10）：59-62.

[2]石從繼，周嚴(yán).基于MasterCAM的螺旋槽四軸數(shù)控加工[J]. 制造業(yè)自動化，2011，33（7）：38-39.

[3]江明，吳志明.在四軸加工中心上用宏程序加工變螺距螺旋槽技術(shù)[J].機械工程師，2012（09）：29-30.

[4]方迪成.提升機械零件數(shù)控加工精度的策略分析[J].新型工業(yè)化，2019，10（09）：50-53.