基于UG三維軟件下的數(shù)控五軸加工

焦翠麗

（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰興 225400）

基于UG三維軟件下的數(shù)控五軸加工

焦翠麗

（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰興 225400）

文章就數(shù)控五軸機(jī)床特點(diǎn)、數(shù)控五軸加工零件特點(diǎn)進(jìn)行分析，就如何運(yùn)用UG軟件實(shí)現(xiàn)五軸加工零件設(shè)計(jì)、加工仿真、后置處理等進(jìn)行闡述，指出五軸加工研究與運(yùn)用的重要性。

UG；五軸；葉輪

五軸加工一般用于較為復(fù)雜的零件曲面，如葉輪片、模具、螺旋葉片等具有復(fù)雜曲面且精度較高的零件，采用基于UG三維軟件下的建模、刀路形成及仿真加工能提高加工效率，確保零件加工質(zhì)量。

1 特殊曲面形狀的零件加工分析

特殊曲面形狀零件造型復(fù)雜多變且其工藝要求較高，如葉輪片在設(shè)計(jì)中需考慮空氣動(dòng)力學(xué)及液體動(dòng)力學(xué)對(duì)其的影響。在產(chǎn)品的形成中，設(shè)計(jì)與制造過程密不可分，如果采用簡(jiǎn)單的三軸數(shù)控銑床加工，常采用球頭刀具分層加工，但加工后的零件表面質(zhì)量較差，精度較低，實(shí)際使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣蝕破壞。所以特殊的曲面形狀的設(shè)計(jì)必須依靠三維軟件生成，并通過軟件的優(yōu)化最終形成理想的曲面形狀。實(shí)際加工中，軟件生成的程序及刀具軌跡（刀路）一般不受五軸數(shù)控機(jī)床的限制，其刀路安全性及加工可靠性要予以高度重視，較為常見的缺陷是過切或欠切以及刀具與機(jī)床、刀具與夾具體之間的干涉碰撞。解決的辦法可以采用試走刀試切削的方法予以修正，也就是刀具對(duì)臘毛坯或尼龍毛坯進(jìn)行真實(shí)切削，找出存在的問題。一次的試切削不一定能完成加工，另外由于加工體不一樣，實(shí)際切削鋼件制品存在著新的問題，所以試切削加工的效率極低。而采用UG仿真下的試加工，將夾具、刀具、工件等顯示出來，通過刀路模擬，能安全快速地檢驗(yàn)加工過程的可靠性。

五軸加工零件中最具代表性的曲面零件是三元葉輪。三元葉輪是指應(yīng)用三元流理論設(shè)計(jì)、制造的葉輪，三元葉輪在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)期望的液體流場(chǎng)計(jì)算出葉輪形狀及相關(guān)幾何尺寸，采用任意曲面形狀的葉片，葉片在流動(dòng)和高度兩個(gè)方向是彎曲的，形成空間三維扭曲形狀，這種葉輪的葉片在空間上是扭曲的，與氣體的實(shí)際流動(dòng)更相適應(yīng)，其工作效率與普遍葉輪相比更高。在設(shè)計(jì)中葉片多采用不可展開的扭曲形狀直紋面,這種形狀只能采用五軸機(jī)床加工。相鄰葉片間距小，葉片間形成徑向變化的小通道，極易導(dǎo)致刀具與相鄰葉片間發(fā)生碰撞干涉，刀徑小導(dǎo)致刀具剛性不足，葉輪葉片較薄，加工時(shí)工件極易產(chǎn)生變形。三元葉輪的輪毅和葉片采用同一毛坯體上進(jìn)行整體加工，其曲面形狀復(fù)雜，曲面參數(shù)約束條件較多,加工難度大,加工過程中最易發(fā)生干涉現(xiàn)象，是五軸數(shù)控加工中的典型零件。

2 五軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

一般三軸加工中心工作臺(tái)可以執(zhí)行X及Y方的移動(dòng)，保證工件的X和Y坐標(biāo)參數(shù)，配以刀具上下Z方向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件頂面輪廓的加工。五坐標(biāo)是指在三軸加工中心基礎(chǔ)上，增加工作臺(tái)繞X軸和Y軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠新增的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)合刀具的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)工件五個(gè)頂面的加工。對(duì)于依靠立式主軸旋轉(zhuǎn)的五軸坐標(biāo)機(jī)床，在工件加工時(shí)，主軸的旋轉(zhuǎn)配合刀頭的旋轉(zhuǎn)類同于人的手臂，其合成的運(yùn)動(dòng)可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)任意自由控制，在保證最優(yōu)級(jí)削狀態(tài)的同時(shí)，有效地避免刀具與夾具及機(jī)床等的干涉。五軸數(shù)控機(jī)床因其加工時(shí)刀頭運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，能使刀具刀刃與工件表面處于最佳接合切削狀態(tài)，例如在采用球頭刀切削工件時(shí)，能避免球頭刀底部一直切削，能順利地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面輪廓的加工。在加工中，由于采用一次裝夾，實(shí)現(xiàn)多表面，多工序一次加工，加工效率高，各表面間的位置精度也得到了保證。加工時(shí)刀具切削量均勻，刀具作用力恒定，加工后的零件曲面精度高，整體切削余量均勻，零件表面誤差小。

3 UG軟件與五軸加工零件設(shè)計(jì)

在復(fù)雜曲面零件設(shè)計(jì)中，采用UG三維軟件是最經(jīng)濟(jì)合理的手段。首先必須將曲面上每一條曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)值保存為dat格式的文件；然后在UG建模里選擇曲面樣條線，依據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)將多段樣條構(gòu)建出，生成葉片曲面中性而把葉根和葉頂曲線；再選擇構(gòu)造好的樣條曲線生成葉片曲面，將葉根曲線采用旋轉(zhuǎn)指令生成輪轂曲面；最后用構(gòu)造好的的葉片中性層曲面剪切毛坯實(shí)體,生成所需模型設(shè)計(jì)形狀。

構(gòu)建好零件形狀后，需選擇刀具夾具，設(shè)計(jì)好刀具、夾具體形狀，這可以從庫(kù)中直接調(diào)用，也可以根據(jù)實(shí)際形狀進(jìn)行零件造型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的目的是仿真及避免干涉。

4 UG軟件與五軸加工

UG軟件在加工零件前須實(shí)現(xiàn)仿真處理，并生成后處理程序。仿真運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)加工的可視化，對(duì)五軸加工過程進(jìn)行仿真驗(yàn)證一般過程是建立零件毛坯、夾具及刀具的實(shí)體模型，選擇加工模式，設(shè)定加工路線及加工參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)圖形仿真檢查加工路徑是否正確，加工過程是否順利，加工是否會(huì)發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。這種仿真加工快速安全可靠，有較強(qiáng)的實(shí)際模擬加工效果。

仿真時(shí)可采用UG軟件對(duì)夾具工件等進(jìn)行三維造型及裝配，并可檢查裝配中的干涉問題，靈活地運(yùn)用軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)用不同的刀具夾具毛坯形狀，也為實(shí)際加工不同的零件提供了更多的方便快捷選擇，也可將新建立的模型導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期加工和設(shè)計(jì)管理提供參照依據(jù)。

模擬仿真成功后，就可以生成后置處理程序。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床結(jié)構(gòu)和控制指令格式,將前置處理中計(jì)算得到的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。

在采用UG軟件進(jìn)行五軸加工時(shí)，最為重要的是加工方式的選擇。例如葉片在五軸加工中，屬于薄壁件，且靠近頭部厚度值更小。在加工過程中，除了要分粗精加工外，整體加工要分開處理，葉片圓頭部分可以單獨(dú)加工形成，輪轂也可采用其他加工方式單獨(dú)處理，而葉片圓頭和曲面要分開加工，實(shí)現(xiàn)多次精加工成型。

對(duì)UG軟件實(shí)現(xiàn)CAM輔助制造過程中，數(shù)控編程操作節(jié)點(diǎn)很重要,加工方式和加工路徑的不同選擇會(huì)產(chǎn)生細(xì)微或者較大的變化，在實(shí)際使用中，要予以區(qū)別。

5 結(jié)語(yǔ)

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。每當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到無法解決的難題時(shí)，往往轉(zhuǎn)向求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。預(yù)計(jì)在不久的將來，隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣，必將為中國(guó)成為世界最強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！

[1]馬武，李映平，楊錦斌.淺析五軸加工中心數(shù)控編程技巧[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2009，（2）.

[2]燕紅波，楊慶東，劉芳.五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].機(jī)械工程師，2007，（5）.

[3]羅中華.多軸銑削定位加工手工數(shù)控編程的研究[J].機(jī)械工程師，2009，（1）.

Five-axis NC Machining based on UG 3D Softwares

JIAO Cui-li
(Jiangsu Taixing Secondary Polytechnic School,Taixing,Jiangsu 225400,China).

The paper made an analysis on the characteristics of five-axis nc machine tools and the characteristics of CNC five-axis machining parts characteristics,and made an elaboration on how to use UG software to realize the design for five-axis machining parts,simulation and post processing,and pointed out the importance of the researches and application of five-axis machining.

UG;five-axis;impeller

TG659

A

2095-980X（2015）02-0078-01

2015-01-14

焦翠麗（1984-），女，江蘇泰興熱，大學(xué)本科，主要研究方向：數(shù)控技術(shù)。