基于UG的零件曲面加工接刀光順?lè)椒ǖ奶接?/h1>
2016-07-18 12:06:26吳欣娟高東強(qiáng)
四川水泥 2016年7期
吳欣娟高東強(qiáng)
（1陜西科技大學(xué) 陜西西安 710021 2咸陽(yáng)師范學(xué)院 陜西咸陽(yáng) 712000）
基于UG的零件曲面加工接刀光順?lè)椒ǖ奶接?/p>
吳欣娟1,2高東強(qiáng)1
（1陜西科技大學(xué) 陜西西安 710021 2咸陽(yáng)師范學(xué)院 陜西咸陽(yáng) 712000）
文章以UG軟件為載體，分析了在數(shù)控銑機(jī)床上加工曲面零件時(shí)，各加工工序之間接刀光順問(wèn)題的解決方法，為以后加工類似工件提供參考，并加工出外觀更加完美的合格零件。
UG NXCAM；接刀光順；仿真加工
一、引言
UG NX是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、面向制造業(yè)的CAD/CAE／CAM高端軟件。UG NXCAM 系統(tǒng)可以提供全面的、易于使用的功能，以解決數(shù)控銑刀軌的生成、加工仿真等問(wèn)題［1］。尤其對(duì)于復(fù)雜曲面的加工采用自動(dòng)編程時(shí)，只要構(gòu)建出零件的三維實(shí)體，在UGCAM中確定進(jìn)給路徑和切削用量，計(jì)算機(jī)便可計(jì)算出刀具軌跡，自動(dòng)編制出零件的加工程序。
但是數(shù)控編程一般很難保證用同一把刀具把整個(gè)零件精加工出來(lái)［2］，因此在換另一把刀加工時(shí)就存在怎樣使兩把刀相接處光順，這也是影響數(shù)控加工表面質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，即使用同一把刀加工，也會(huì)存在進(jìn)刀處的接痕問(wèn)題。
二、接刀痕產(chǎn)生原因分析
數(shù)控加工中產(chǎn)生接刀痕對(duì)產(chǎn)品的使用性能和工作壽命有直接影響，使產(chǎn)品達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，這不僅與設(shè)備有關(guān)，還必須重視加工工藝的改進(jìn)。根據(jù)切削加工理論，當(dāng)被加工表面寬度大于刀具直徑，需要多次走刀完成切削時(shí)，在兩次走刀的刀具交接處就會(huì)產(chǎn)生接刀痕跡。另外，當(dāng)沿刀具徑向進(jìn)給時(shí)，刀具再次經(jīng)過(guò)已加工表面的部分區(qū)域時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生微量切削現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生微小的接刀痕跡，造成切削紋理發(fā)生變化。因此下面對(duì)米老鼠圖樣加工過(guò)程中接刀痕形成的可能原因進(jìn)行分析：
1.刀具對(duì)刀誤差
在加工中心上采用多把刀加工零件，建立工件坐標(biāo)系時(shí)，所使用到的每把刀都要對(duì)Z軸，不管是使用試切法還是對(duì)刀儀對(duì)刀，都很難保證做到零誤差，因?yàn)閷?duì)刀誤差主要產(chǎn)生在對(duì)刀過(guò)程中，刀具在移動(dòng)到起刀點(diǎn)位置時(shí)受操作系統(tǒng)的進(jìn)給修調(diào)比例值影響［3］。
2.不合理的切削參數(shù)
切削參數(shù)與工件變形有較大的關(guān)系［4］，切削量大、進(jìn)給速度快，工件被加工表面受刀具擠壓變形大，接刀痕就明顯，反之，則不明顯。
3.刀具磨損
當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度后，由于切削力增大，會(huì)引起工件表面變形較大，接刀痕就比較明顯。
三、解決方案
本文所提到的曲面零件主要是米老鼠圖樣（如圖1）的三維加工，通過(guò)對(duì)模型的全面分析，其加工工序共有五類：型腔銑粗加工、固定輪廓銑精加工、固定輪廓銑清根、精加工輪廓、精加工底面。
圖1 零件模型
下面以UG數(shù)控編程軟件為例，基于米老鼠圖樣的加工，主要談以下四個(gè)工序加工時(shí)接刀痕處理的問(wèn)題：（1）固定輪廓銑精加工曲面（2）固定輪廓銑精加工曲面時(shí)與平面的接刀光順（3）固定輪廓銑清根加工（4）精加工輪廓。
1. 在數(shù)控銑床完成米老鼠圖樣的型腔銑兩次粗加工之后，要換用球頭銑刀進(jìn)行精加工，首次銑削時(shí)，由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，按照常規(guī)默認(rèn)區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法，將切削模式選為跟隨周邊，銑削完成發(fā)現(xiàn)在米老鼠眼睛部位產(chǎn)生明顯接刀痕（見(jiàn)圖2）；為此打開(kāi)固定輪廓銑參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，改變參數(shù)的不同設(shè)置，觀察仿真刀路，通過(guò)一次次的對(duì)比和分析，最后確定在其他參數(shù)不變的情況下，僅將切削模式選為同心往復(fù)，并且指定進(jìn)刀點(diǎn)為米老鼠鼻子的（見(jiàn)圖3）最高處，重新計(jì)算就會(huì)生成一圈圈同心圓似的加工刀路，消除了之前的接刀痕。通過(guò)優(yōu)化刀具路徑解決接刀痕問(wèn)題的方法不僅有效地消除了接刀痕，還減少了抬刀，縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率。圖3與圖4是改進(jìn)前后實(shí)際切削效果的對(duì)比。
圖2 有明顯接痕
圖3 無(wú)接痕
2. 固定輪廓銑精加工時(shí)平面與曲面的接順。在用球頭銑刀精銑曲面部分米老鼠圖樣時(shí)，為了避免球頭銑刀在水平面上產(chǎn)生刀痕，可先將水平面復(fù)制一個(gè)，把復(fù)制的水平面抬高0.05mm，并把復(fù)制的水平面選為保護(hù)面［5］，這樣曲面與水平面相接的部分球頭銑刀就是加工不到的，必須換平刀來(lái)進(jìn)行清根精加工。這時(shí)就把先前復(fù)制的水平面隱藏不要，只選曲面與實(shí)際的水平面即可，下面圖4與圖5是改進(jìn)前后的仿真加工效果對(duì)比。
圖 4（改進(jìn)前）
圖 5（改進(jìn)后）
3. 清根加工時(shí)刀路的順接。在數(shù)控銑床裝好清根使用的刀具，對(duì)好刀，再把機(jī)床Z軸抬（0.02mm到0.05mm），起初最好多抬高一點(diǎn)，在機(jī)床開(kāi)始運(yùn)行清根刀路生成的NC代碼時(shí)，先進(jìn)行試切削，并目測(cè)曲面與水平面、曲面與曲面之間的交接接刀效果，也可用手去摸感覺(jué)接刀效果，如接刀不好，再把Z軸再下降少許，再試切削，如此反復(fù)，直到接刀良好再放心運(yùn)行機(jī)床進(jìn)行清根。
4. 精加工輪廓時(shí)的接刀光順。此次銑削以米老鼠外形輪廓為切削邊界，以底平面為依據(jù)指定切削區(qū)域，通過(guò)指定起始平面高度以及每刀的深度來(lái)確定切削層，進(jìn)一步完成外輪廓的精加工。但是在實(shí)際加工過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)因?yàn)閷?duì)刀誤差或者刀具底面不平在加工表面留下刮痕，為此，通過(guò)檢查幾何體選取保護(hù)面，并且設(shè)置切削參數(shù)里面的檢查余量為0.01mm，這樣刀具就會(huì)自動(dòng)抬高0.01mm,永遠(yuǎn)也不會(huì)切削到底平面上，避免了刮痕，便于下面工序的接刀。另外，在此次銑削時(shí)，還采用了圓弧側(cè)向進(jìn)刀，實(shí)現(xiàn)了與清根時(shí)加工的接刀光順。
四、結(jié)論
本文對(duì)曲面、平面加工時(shí)的接刀光順問(wèn)題以具體加工實(shí)例為載體進(jìn)行了較為詳盡的探討與論述，使人們對(duì)平面、曲面的如何接刀光順有一定的認(rèn)識(shí)和了解。從而使加工出的零件更加光順，這樣的零件不僅外觀更加美觀，同時(shí)如果作為模具產(chǎn)品的話也可有效避免零件在接刀處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止零件的開(kāi)裂。
[1]張立文.刀具路徑優(yōu)化解決缸體接刀痕問(wèn)題試驗(yàn)研究［J］.山東水利職業(yè)學(xué)院，2010（26）：86-90.
[2]錢(qián)楊林.數(shù)控銑削加工接刀光順的研究［J］.湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，2011.
[3]高航，張耀滿.基于UG 的CAD/CAM 技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[4]魏強(qiáng).UG NX數(shù)控銑加工編程的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2010.
[5]郝一舒,岳濱楠.UG環(huán)境下的葉輪高速銑銷加工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2009.
G322
B
1007-6344（2016）07-0272-01
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吳欣娟1,2高東強(qiáng)1
（1陜西科技大學(xué) 陜西西安 710021 2咸陽(yáng)師范學(xué)院 陜西咸陽(yáng) 712000）
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UG NXCAM；接刀光順；仿真加工
一、引言
UG NX是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、面向制造業(yè)的CAD/CAE／CAM高端軟件。UG NXCAM 系統(tǒng)可以提供全面的、易于使用的功能，以解決數(shù)控銑刀軌的生成、加工仿真等問(wèn)題［1］。尤其對(duì)于復(fù)雜曲面的加工采用自動(dòng)編程時(shí)，只要構(gòu)建出零件的三維實(shí)體，在UGCAM中確定進(jìn)給路徑和切削用量，計(jì)算機(jī)便可計(jì)算出刀具軌跡，自動(dòng)編制出零件的加工程序。
但是數(shù)控編程一般很難保證用同一把刀具把整個(gè)零件精加工出來(lái)［2］，因此在換另一把刀加工時(shí)就存在怎樣使兩把刀相接處光順，這也是影響數(shù)控加工表面質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，即使用同一把刀加工，也會(huì)存在進(jìn)刀處的接痕問(wèn)題。
二、接刀痕產(chǎn)生原因分析
數(shù)控加工中產(chǎn)生接刀痕對(duì)產(chǎn)品的使用性能和工作壽命有直接影響，使產(chǎn)品達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，這不僅與設(shè)備有關(guān)，還必須重視加工工藝的改進(jìn)。根據(jù)切削加工理論，當(dāng)被加工表面寬度大于刀具直徑，需要多次走刀完成切削時(shí)，在兩次走刀的刀具交接處就會(huì)產(chǎn)生接刀痕跡。另外，當(dāng)沿刀具徑向進(jìn)給時(shí)，刀具再次經(jīng)過(guò)已加工表面的部分區(qū)域時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生微量切削現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生微小的接刀痕跡，造成切削紋理發(fā)生變化。因此下面對(duì)米老鼠圖樣加工過(guò)程中接刀痕形成的可能原因進(jìn)行分析：
1.刀具對(duì)刀誤差
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2.不合理的切削參數(shù)
切削參數(shù)與工件變形有較大的關(guān)系［4］，切削量大、進(jìn)給速度快，工件被加工表面受刀具擠壓變形大，接刀痕就明顯，反之，則不明顯。
3.刀具磨損
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圖1 零件模型
下面以UG數(shù)控編程軟件為例，基于米老鼠圖樣的加工，主要談以下四個(gè)工序加工時(shí)接刀痕處理的問(wèn)題：（1）固定輪廓銑精加工曲面（2）固定輪廓銑精加工曲面時(shí)與平面的接刀光順（3）固定輪廓銑清根加工（4）精加工輪廓。
1. 在數(shù)控銑床完成米老鼠圖樣的型腔銑兩次粗加工之后，要換用球頭銑刀進(jìn)行精加工，首次銑削時(shí)，由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，按照常規(guī)默認(rèn)區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法，將切削模式選為跟隨周邊，銑削完成發(fā)現(xiàn)在米老鼠眼睛部位產(chǎn)生明顯接刀痕（見(jiàn)圖2）；為此打開(kāi)固定輪廓銑參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，改變參數(shù)的不同設(shè)置，觀察仿真刀路，通過(guò)一次次的對(duì)比和分析，最后確定在其他參數(shù)不變的情況下，僅將切削模式選為同心往復(fù)，并且指定進(jìn)刀點(diǎn)為米老鼠鼻子的（見(jiàn)圖3）最高處，重新計(jì)算就會(huì)生成一圈圈同心圓似的加工刀路，消除了之前的接刀痕。通過(guò)優(yōu)化刀具路徑解決接刀痕問(wèn)題的方法不僅有效地消除了接刀痕，還減少了抬刀，縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率。圖3與圖4是改進(jìn)前后實(shí)際切削效果的對(duì)比。
圖2 有明顯接痕
圖3 無(wú)接痕
2. 固定輪廓銑精加工時(shí)平面與曲面的接順。在用球頭銑刀精銑曲面部分米老鼠圖樣時(shí)，為了避免球頭銑刀在水平面上產(chǎn)生刀痕，可先將水平面復(fù)制一個(gè)，把復(fù)制的水平面抬高0.05mm，并把復(fù)制的水平面選為保護(hù)面［5］，這樣曲面與水平面相接的部分球頭銑刀就是加工不到的，必須換平刀來(lái)進(jìn)行清根精加工。這時(shí)就把先前復(fù)制的水平面隱藏不要，只選曲面與實(shí)際的水平面即可，下面圖4與圖5是改進(jìn)前后的仿真加工效果對(duì)比。
圖 4（改進(jìn)前）
圖 5（改進(jìn)后）
3. 清根加工時(shí)刀路的順接。在數(shù)控銑床裝好清根使用的刀具，對(duì)好刀，再把機(jī)床Z軸抬（0.02mm到0.05mm），起初最好多抬高一點(diǎn)，在機(jī)床開(kāi)始運(yùn)行清根刀路生成的NC代碼時(shí)，先進(jìn)行試切削，并目測(cè)曲面與水平面、曲面與曲面之間的交接接刀效果，也可用手去摸感覺(jué)接刀效果，如接刀不好，再把Z軸再下降少許，再試切削，如此反復(fù)，直到接刀良好再放心運(yùn)行機(jī)床進(jìn)行清根。
4. 精加工輪廓時(shí)的接刀光順。此次銑削以米老鼠外形輪廓為切削邊界，以底平面為依據(jù)指定切削區(qū)域，通過(guò)指定起始平面高度以及每刀的深度來(lái)確定切削層，進(jìn)一步完成外輪廓的精加工。但是在實(shí)際加工過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)因?yàn)閷?duì)刀誤差或者刀具底面不平在加工表面留下刮痕，為此，通過(guò)檢查幾何體選取保護(hù)面，并且設(shè)置切削參數(shù)里面的檢查余量為0.01mm，這樣刀具就會(huì)自動(dòng)抬高0.01mm,永遠(yuǎn)也不會(huì)切削到底平面上，避免了刮痕，便于下面工序的接刀。另外，在此次銑削時(shí)，還采用了圓弧側(cè)向進(jìn)刀，實(shí)現(xiàn)了與清根時(shí)加工的接刀光順。
四、結(jié)論
本文對(duì)曲面、平面加工時(shí)的接刀光順問(wèn)題以具體加工實(shí)例為載體進(jìn)行了較為詳盡的探討與論述，使人們對(duì)平面、曲面的如何接刀光順有一定的認(rèn)識(shí)和了解。從而使加工出的零件更加光順，這樣的零件不僅外觀更加美觀，同時(shí)如果作為模具產(chǎn)品的話也可有效避免零件在接刀處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止零件的開(kāi)裂。
[1]張立文.刀具路徑優(yōu)化解決缸體接刀痕問(wèn)題試驗(yàn)研究［J］.山東水利職業(yè)學(xué)院，2010（26）：86-90.
[2]錢(qián)楊林.數(shù)控銑削加工接刀光順的研究［J］.湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，2011.
[3]高航，張耀滿.基于UG 的CAD/CAM 技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.
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[5]郝一舒,岳濱楠.UG環(huán)境下的葉輪高速銑銷加工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2009.
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