維納斯工藝品五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程及加工仿真

竇 磊

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣東廣州 510450）

Unigraphics（UG）是目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件之一，其功能強(qiáng)大。本文利用UGNX10.0軟件對(duì)維納斯女神工藝品進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)編程數(shù)控加工，突出體現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在實(shí)踐加工中的優(yōu)勢(shì)（一次裝卡，5個(gè)面全部加工完成）。

1 工藝要點(diǎn)

（1）加工工序的劃分。①刀具的集中分序；②精、粗加工分序；③按加工的部位進(jìn)行分序。

（2）工件裝夾方式的確定。①應(yīng)盡量采用組合夾具；②對(duì)于零件定位、夾緊部位，應(yīng)考慮不會(huì)妨礙其各部位的更換刀具、加工和重要部位的測(cè)量；③對(duì)刀時(shí)應(yīng)直接或間接地使對(duì)刀點(diǎn)和刀位點(diǎn)重合；④“換刀點(diǎn)”應(yīng)該根據(jù)工序的內(nèi)容安排。

（3）編程的誤差及控制。①幾何建模的誤差；②舍入誤差；③逼近誤差。

2 夾具設(shè)計(jì)

本次加工使用三爪卡盤進(jìn)行加工。為了防止工作臺(tái)及卡盤與銑床主軸套筒或刀套、刃具在加工過(guò)程中發(fā)生碰撞，設(shè)計(jì)出五軸通用夾具卡盤進(jìn)行裝夾，該夾具以中心圓卡位，再利用螺絲鎖緊工件進(jìn)行加工。

3 數(shù)控編程

3.1 毛坯的創(chuàng)建

雙擊[WORKPIECE]→[指定部件]與[指定毛坯]，毛坯選擇大小為“Φ60×110鋁棒”。

3.2 刀具選擇

數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。在滿足加工要求的前提下，根據(jù)工件尺寸大小，列出加工工藝清單，見(jiàn)表1。

表1 加工工藝清單

3.3 底面加工

先使用Φ12立銑刀開粗并精修，再使用Φ6.8麻花鉆頭鉆孔（先銑好平面才能保證鉆孔的尺寸及位置精度），然后使用Φ10倒角立銑刀倒角去毛刺，最后使用Φ8絲錐銑刀攻牙。攻牙是用一定的扭矩將絲錐旋入要鉆的底孔中加工出內(nèi)螺紋。攻絲參數(shù)計(jì)算方法：進(jìn)給量=轉(zhuǎn)速×絲錐螺距。例如，M8的牙距為1.25mm，則進(jìn)給量就是轉(zhuǎn)速的1.25倍。使用加工后的毛坯，將毛坯拆下，裝上五軸通用夾具，并使用螺絲將工件毛坯鎖緊在夾具上開始加工模型。

3.4 開粗

粗加工使用型腔銑加工，因工件不對(duì)稱，故需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)干涉面控制加工深度。進(jìn)入建?！鷦?chuàng)建基準(zhǔn)平面→創(chuàng)建草圖→拉伸草圖曲線→生成干涉面，如圖1所示，選擇型腔銑加工方法，“指定檢查”（干涉面），刀軸選擇指定矢量。設(shè)置好切削參數(shù)、非切削參數(shù)、進(jìn)給率和速度相關(guān)參數(shù)，單擊“生成”，生成刀軌。此處需要注意的是，底面是已加工表面，所以為了避免刮花工件表面需要指定修剪邊界。在草圖中劃出圖1所示邊框，選擇該線框?yàn)樾藜暨吔纭?/p>

圖1 模型干涉面設(shè)置

為了防止工件過(guò)切，在模型中間處加了兩個(gè)管道一起選為部件開粗，型腔銑開粗反面，偏移已做好的干涉面5mm，讓其加工有5mm重合。復(fù)制“型腔銑開粗正面”刀軌，“指定檢查”（干涉面）選擇偏移的干涉面。生成刀軌如圖2和圖3所示。由于部分地方較小，Φ12立銑刀銑不到，所以需要換Φ10R5球頭銑刀二次開粗。復(fù)制Φ12立銑刀的刀路，參考刀具選擇Φ12立銑刀，重新設(shè)置步距及每刀切削深度參數(shù)。反面同理。

圖2 正面刀路設(shè)置

圖3 反面刀路設(shè)置

3.5 精加工過(guò)程

3.5.1 半精加工處理

五軸加工曲面時(shí)，因工作類似回轉(zhuǎn)類工件但不規(guī)則，所以要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)規(guī)則回轉(zhuǎn)曲面作為驅(qū)動(dòng)面。因此驅(qū)動(dòng)方法使用曲面驅(qū)動(dòng)，刀軸使用垂直于驅(qū)動(dòng)體。進(jìn)入建?！鷦?chuàng)建曲線→旋轉(zhuǎn)曲線→生成曲面（用做驅(qū)動(dòng)面）。

創(chuàng)建工序可變輪廓銑如圖4所示，驅(qū)動(dòng)方法用曲面，投影矢量選擇刀軸，刀軸選垂直于驅(qū)動(dòng)體。進(jìn)入驅(qū)動(dòng)方法界面，指定驅(qū)動(dòng)幾何體（選擇旋轉(zhuǎn)的曲面），設(shè)定好切削方向、驅(qū)動(dòng)設(shè)置參數(shù)等。由于驅(qū)動(dòng)體并非在工件的中心處，所以底下斜面會(huì)有部分未銑削到。可以指定一個(gè)檢查體，部件選擇整體即可生成刀路。

圖4 可變輪廓

復(fù)制Φ10R5球頭銑刀二開刀路，修改驅(qū)動(dòng)方法里的驅(qū)動(dòng)設(shè)置，使用Φ6R3球頭銑刀再次開粗。此時(shí)可以不選檢查體。生成圖5曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法一刀路，復(fù)制Φ6R3球頭銑刀的二開刀路，選上檢查體并修改驅(qū)動(dòng)設(shè)置豎直與水平限制為0.5mm生成刀路，再進(jìn)行一次半精加工，使得工件的余量均勻。

圖5 曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法一

3.5.2 精加工的過(guò)程

復(fù)制Φ6R3球頭銑刀的半精加工刀路，修改驅(qū)動(dòng)設(shè)置參數(shù)精修工件。如圖6曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法二，加工仿真利用VERICUT軟件進(jìn)行模擬加工仿真。選擇控制系統(tǒng)及機(jī)床模擬仿真。

圖6 曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法二

工位1選擇三爪卡盤做夾具并設(shè)定好毛坯，設(shè)置好加工坐標(biāo)系與G代碼偏置（程序零點(diǎn)）。創(chuàng)建所需要用的刀具，添加程序進(jìn)行仿真。

工位2導(dǎo)入五軸通用夾具，設(shè)置好加工坐標(biāo)系與G代碼偏置（程序零點(diǎn)）。添加程序進(jìn)行模擬仿真加工。仿真加工兩種顯示結(jié)果，零件顯示及機(jī)床切削模型如圖7圖所示。

圖7 零件顯示及機(jī)床切削模型圖

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展大大推動(dòng)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法——虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。UG不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。本設(shè)計(jì)根據(jù)維納斯造型的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用UG軟件對(duì)其進(jìn)行編程，數(shù)控加工經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工等相應(yīng)的步驟，學(xué)會(huì)嘗試不同的困難解決方案，從中也能體會(huì)到很多關(guān)于金屬加工的典型案例，學(xué)到很多先進(jìn)的制造方法，結(jié)合先進(jìn)的加工模擬仿真的應(yīng)用，提高對(duì)UG軟件的實(shí)際操作能力。