基于NX的楦頭五軸定向加工區(qū)域銜接技術(shù)應(yīng)用探究

郎永兵

（廣州市工貿(mào)技師學(xué)院，廣州510425）

0 引 言

楦頭是中國(guó)傳統(tǒng)的制鞋用具，通常按材質(zhì)分為木楦、塑楦和鋁楦三種。目前，隨著產(chǎn)品制造業(yè)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用五軸加工技術(shù)完成楦頭加工成效顯著。下面以NX軟件為基礎(chǔ)，探究楦頭編程加工技術(shù)。

1 編程工藝

根據(jù)多軸加工的編程策略，對(duì)圖1所示的楦頭可采用多軸聯(lián)動(dòng)與定向加工兩種方式進(jìn)行編程。在實(shí)際應(yīng)用中因擺動(dòng)/旋轉(zhuǎn)軸較線性軸運(yùn)動(dòng)性能差及聯(lián)動(dòng)加工精度等因素，一般優(yōu)先選用定向加工。

楦頭模型底部中間為平坦曲面，周邊為環(huán)形曲面，主體部分為異形曲面。根據(jù)NX編程功能及特點(diǎn)，按加工部位、編程功能制定其精加工編程工藝，裝夾與坐標(biāo)如圖2所示，編程工藝如表1所示。

2 五軸定向加工

圖1 楦頭

圖2 裝夾

NX加工模塊中的固定軸輪廓銑提供了曲線/點(diǎn)、區(qū)域銑削、引導(dǎo)曲線、曲面區(qū)域等多種驅(qū)動(dòng)方法，選擇何種驅(qū)動(dòng)方法與要加工的零件表面的形狀及其復(fù)雜程度有關(guān)。固定軸加工適用于加工一個(gè)或多個(gè)復(fù)雜曲面, 根據(jù)不同的加工對(duì)象, 可實(shí)現(xiàn)多種方式的精加工[1]。

2.1 底部周邊加工

楦頭模型底部周邊為環(huán)形曲面，為提高刀具路徑的光順性，適合選用兩個(gè)引導(dǎo)曲線驅(qū)動(dòng)的加工策略，通過(guò)設(shè)定不同的刀軌等參數(shù)[2]，完成螺旋狀加工刀具路徑，具體操作如下：

1）編程坐標(biāo)系與幾何體。編程坐標(biāo)系是CAM編程及輸出加工程序的參考坐標(biāo)。NX中的幾何體主要由部件幾何體、毛坯幾何體及檢查幾何體組成，在編程過(guò)程中依加工部位選擇設(shè)置。

按圖2所示的裝夾方式設(shè)置編程坐標(biāo)系，編程坐標(biāo)系位于夾具體上表面中間位置。在【工件】→【幾何體】中選擇楦頭模型為原部件，設(shè)置毛坯幾何體為“部件的偏置”，設(shè)定偏置量為“0.5”，如圖3所示。

表1 編程工藝

圖3 幾何體設(shè)置

2）加工工序建立與刀具設(shè)置。NX固定輪廓銑是用于對(duì)具有多種驅(qū)動(dòng)方法、空間范圍和切削模式的部件或切削區(qū)域進(jìn)行輪廓銑的基礎(chǔ)固定軸輪廓銑的工序。在應(yīng)用中根據(jù)需要指定部件幾何體和切削區(qū)域，通過(guò)選擇并編輯驅(qū)動(dòng)方法來(lái)指定驅(qū)動(dòng)幾何體和切削方法。通常用于輪廓形狀的半精加工、精加工工序。

3）引導(dǎo)曲線選擇與內(nèi)部參數(shù)設(shè)置。引導(dǎo)曲線主要用于確定刀軌的路徑與方向，需在驅(qū)動(dòng)幾何體的選項(xiàng)中分別添加[2]。

在【驅(qū)動(dòng)方法】中，選擇【引導(dǎo)曲線】，進(jìn)入其對(duì)話(huà)框，選擇【模式類(lèi)型】為“變形”并添加模型底面周邊環(huán)形曲面內(nèi)、外邊界為引導(dǎo)曲線（如圖5），設(shè)置切削模式、步距等相關(guān)參數(shù)（如圖6），完成引導(dǎo)曲線驅(qū)動(dòng)方法設(shè)置，生成底面周邊加工刀具路徑如圖7所示。

圖4 固定輪廓銑工序

圖5 引導(dǎo)曲線

圖6 曲線驅(qū)動(dòng)設(shè)置

圖7 底面周邊加工刀具路徑

2.2 底部中間曲面加工

平坦曲面的加工一般采用平行往復(fù)的加工策略，在編程中通過(guò)調(diào)整切削角度可以減少抬刀，并避免了機(jī)床坐標(biāo)軸的間歇性運(yùn)動(dòng)。在固定軸輪廓銑中可通過(guò)指定切削區(qū)域、設(shè)置區(qū)域銑削相關(guān)參數(shù)生成定角度平行往復(fù)加工刀具路徑。

創(chuàng)建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在固定輪廓銑對(duì)話(huà)框中指定切削區(qū)域?yàn)榈撞恐虚g曲面（如圖8），在驅(qū)動(dòng)方法中，選擇【區(qū)域銑削】，進(jìn)入其對(duì)話(huà)框，選擇【陡峭空間范圍】為“無(wú)”，設(shè)置【非陡峭切削模式】為“往復(fù)”、【切削角】為“40°”（如圖9），完成區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法設(shè)置，生成底部中間曲面加工刀具路徑如圖10所示。

2.3 主體部分曲面加工

為簡(jiǎn)化編程，對(duì)主體部分曲面通過(guò)0°、90°、180°、270°四個(gè)方向進(jìn)行定軸加工。在編程時(shí)涉及各加工區(qū)域劃分與區(qū)域間的銜接，在固定軸輪廓銑中主要通過(guò)以下兩種編程策略相互配合完成：1）加工區(qū)域劃分。在區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法中，通過(guò)陡峭空間范圍中的陡峭壁角度選項(xiàng), 將陡峭區(qū)域與非陡峭區(qū)域分開(kāi), 并可分別指定陡峭、非陡峭區(qū)域的走刀方式。2）加工區(qū)域銜接。在固定軸輪廓銑中，位于刀軌設(shè)置下切削參數(shù)中的空間范圍選項(xiàng)卡主要對(duì)加工過(guò)程工件依程序順序進(jìn)行毛坯跟隨控制，通過(guò)結(jié)合毛坯幾何體設(shè)置最少除料量完成與前工序均勻重疊加工。

楦頭主體曲面呈瘦長(zhǎng)形，為方便編程，在90°、270°方向通過(guò)區(qū)域劃分方式編程，0°、180°方向通過(guò)區(qū)域銜接方式編程，具體操作如下。

2.3.1 90°、270°方向加工

創(chuàng)建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在驅(qū)動(dòng)方法中，選擇【區(qū)域銑削】，進(jìn)入其對(duì)話(huà)框，選擇【陡峭空間范圍】為“非陡峭”，設(shè)置【陡峭壁角度】為“60°”、【非陡峭切削模式】為“往復(fù)”、【切削角】為“自動(dòng)”，完成區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法設(shè)置，選擇【刀軸】為“動(dòng)態(tài)”，通過(guò)控制手柄設(shè)置刀軸為90°方向（如圖11），生成90°方向加工刀具路徑，如圖12所示。據(jù)此完成270°方向固定輪廓銑工序，如圖13所示。

2.3.2 0°、180°方向加工

創(chuàng)建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在驅(qū)動(dòng)方法中，選擇【區(qū)域銑削】，進(jìn)入其對(duì)話(huà)框，選擇【陡峭空間范圍】為“無(wú)”，設(shè)置【非陡峭切削模式】為“往復(fù)”、【切削角】為“65°”，選擇【刀軸】為“動(dòng)態(tài)”，通過(guò)控制手柄設(shè)置刀軸為0°方向（如圖14），選擇【刀軌】→【切削參數(shù)】，設(shè)置空間范圍選項(xiàng)參數(shù)（如圖15），生成0°方向加工刀具路徑，如圖16所示。據(jù)此完成180°方向固定輪廓銑工序，區(qū)域銜接刀具路徑如圖17所示。

圖8 切削區(qū)域

圖9 區(qū)域銑削參數(shù)

圖10 底部中間曲面刀具路徑

圖11 刀軸設(shè)置

圖12 90°方向刀具路徑

圖13 270°方向刀具路徑

圖14 刀軸設(shè)置

圖15 空間范圍設(shè)置

圖16 0°方向刀具路徑

圖17 區(qū)域銜接刀具路徑

3 結(jié) 語(yǔ)

NX固定軸輪廓銑中提供了多種驅(qū)動(dòng)方法可滿(mǎn)足不同對(duì)象的加工,結(jié)合幾何體、刀軸、刀軌等內(nèi)部參數(shù)可實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域劃分、區(qū)域自動(dòng)銜接、環(huán)形面螺旋走刀等切削模式的刀具路徑，并能有效控制加工過(guò)程中的抬刀，使刀具路徑光順、銜接加工區(qū)域均勻。正確理解NX軟件CAM功能及選項(xiàng)參數(shù)、合理選擇驅(qū)動(dòng)方法定制編程工藝是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量編程的關(guān)鍵因素，是提高曲面加工效率的先決條件。