基于UG典型零件五軸銑削加工的研究

高奎強，劉一波

(遼寧軌道交通職業(yè)學院，遼寧 沈陽 110023)

0 引言

隨著零件的多樣化，其結構越來越復雜，加工精度要求越來越高，傳統(tǒng)的加工設備和加工效率很難滿足要求。五軸加工機床與一般機床的最大區(qū)別在于它除了具有通常機床的3個直線坐標軸外， 還有至少 2 個旋轉(zhuǎn)坐標軸，它不但能夠完成復雜工件的機械加工任務，而且還能夠提高加工效率，縮短加工流程。本文基于UG對一個典型零件的五軸銑削加工進行研究。

1 零件結構特點

本文加工零件如圖1所示，該零件形狀復雜，材料為304不銹鋼，加工精度要求高，在普通設備上很難完成加工，且無法保證位置精度。由圖1可以看出，該零件上主要分布有9個Φ12斜滾子連接孔與9個Φ45、錐度20°的圓弧面，其位置如圖1所示。

圖1 加工零件模型

2 編程方法

此零件根據(jù)工藝要求須進行二次裝夾才能完成加工。首先進入UG軟件應用模塊中的加工環(huán)境，選擇CAM會話配置cam-general，創(chuàng)建CAM組裝mill-contour命令。然后切換到工件導航器幾何視圖中進行加工坐標系MCS的創(chuàng)建和workpiece幾何體的創(chuàng)建，指定部件選擇要加工的三維數(shù)模，指定毛坯選擇已做好的毛坯幾何體，指定檢查選擇工裝夾具。裝夾與坐標系位置如圖2所示。

(1) 型腔銑。移除垂直于固定刀軸平面切削層中的材料，對輪廓形狀進行粗加工。點擊workpiece工件幾何體圖標，右鍵插入工序類別選擇mill-contour型腔銑圖標，點擊“確定”進入型腔銑會話框。指定切削區(qū)域，建立刀具為D20R0.8快進給銑刀。設置刀軸為面/平面法向刀軌，設置切削模式為跟隨部件，步距平面直徑百分比為75，每刀公共切削深度0.8 mm，切削參數(shù)策略“深度優(yōu)先”，延伸路徑12 mm，余量0.2 mm，連接開放刀路變換切削方向，非移動切削轉(zhuǎn)移/快速自動平面200 mm，區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)前一平面3 mm，主軸轉(zhuǎn)速800 r/min，進給率800 mm/min，完成上述這些設置后點擊“生成”操作生成刀具路徑。當生成需要的路徑以后，可以點擊對象，變換，繞直線旋轉(zhuǎn)角度40°，復制距離/角度分割1，非關聯(lián)副本數(shù)8，完成其余加工區(qū)域的編程。刀具路徑如圖3所示。

圖2 裝夾與坐標系位置

圖3 型腔銑刀具路徑

(2) 深度輪廓銑。使用垂直于刀軸的平面切削對指定層的壁進行輪廓加工，還可以清理各層之間縫隙中遺留的材料。點擊插入工序彈出創(chuàng)建工序?qū)υ捒?，選擇深度輪廓銑，設置指定切削區(qū)域，在工具中創(chuàng)建D10R1合金立銑刀，刀軸面/平面法向選擇零件底面，刀軌設置公共每刀切削深度15 mm；非切削移動安全設置選項，使用繼承的區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)前一平面安全距離3 mm，設置主軸速度1 000 r/min，進給率200 mm/min，其余參數(shù)可微調(diào)，點擊生成從而生成刀具路徑。

反面裝夾編程時在工具中創(chuàng)建D20R5圓鼻刀，刀軌設置公共每刀切削深度0.2 mm，其余參數(shù)可與正面編程時一樣。

由于反面使用圓鼻刀精加工時不能清角，還需創(chuàng)建D20R0.8立銑刀，刀軌設置公共每刀切削深度0.05 mm。切削層范圍1的頂部設置為：ZC36 mm、范圍定義5.5 mm，其余參數(shù)同上。以上刀路確定好之后，其余加工面可做刀具路徑繞直線旋轉(zhuǎn)復制生成。側(cè)壁刀具路徑如圖4所示。

圖4 側(cè)壁刀具路徑

(3) 底壁銑。切削底面和壁，右擊插入工序，工序類別選擇mill-pianar底壁銑圖標，點擊確定進入底壁銑會話框，指定切削區(qū)：底面和自動壁，選擇建立好的刀具為D10R1銑刀，刀軸垂直于第一個面。刀軌設置：切削模式跟隨部件，平面直徑百分比為50。切削參數(shù)連接窗口：開放刀路變換切削。非移動切削：轉(zhuǎn)移/快速自動平面200 mm。區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)：前一平面3 mm。主軸轉(zhuǎn)速1 000 r/min，進給率200 mm/min，其余參數(shù)可微調(diào)，點擊“生成”來生成刀具路徑。

反面裝夾編程時，在工具中選擇已創(chuàng)建好的D20R0.8方肩刀，其余參數(shù)可與正面編程時一樣。以上刀路確定好之后，其余加工面可做刀具路徑繞直線旋轉(zhuǎn)復制生成。底面刀具路徑如圖5所示：

圖5 底面刀具路徑

(4) 孔加工——定心鉆。定心鉆工序可以對選定孔幾何體手動定心鉆孔，也可以根據(jù)特征類型、分組的已識別特征進行。右擊插入工序，工序類別選擇hole-making定心鉆圖標，點擊“確定”進入定心鉆會話框，指定特征幾何體建立直徑10 mm的中心鉆，非移動，切削轉(zhuǎn)移/快速間隙安全設置選項包容圓柱體安全距離200 mm，特征之間轉(zhuǎn)移類型安全距離，刀軸主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min、進給率30 mm/min，其余參數(shù)可微調(diào)，點擊“生成”來生成刀具路徑。

(5) 孔加工——鉆孔。選擇孔幾何體或使用已識別的孔特征、過程特征的體積，確定待除料量。用上一個工法對刀軌設置，鉆深孔，最大距離填寫2 mm，建立直徑11.8 mm的直柄麻花鉆頭，主軸轉(zhuǎn)速300 r/min、進給率25 mm/min，點擊“生成”來生成刀具路徑。鉆孔路徑如圖6所示。

圖6 鉆孔路徑圖

(6) 孔加工——鉸孔。使用鉸刀持續(xù)對部件進行進刀、退刀的點到點鉆孔。右擊插入工序，工序類別選擇drill鉸孔圖標點擊確定，進入鉸孔會話框，指定孔、指定頂面、指定底面、建立工具直徑12 mm的合金鉸刀，刀軸選擇垂直于部件表面、循環(huán)類型選擇標準鉆，點擊圖標扳手指定：參數(shù)組Number of Sets(1)，確定彈出Cycle對話框，刀尖深度13 mm 、進給率10 mm/min、 Rtrcto選距離100 mm、主軸轉(zhuǎn)速100 r/min，其余參數(shù)可微調(diào)。點擊“生成”來生成刀具路徑，其余加工孔可做刀具路徑繞直線旋轉(zhuǎn)復制生成。

3 零件加工

此零件主要用五軸海德漢DMU-65-ac搖籃立式加工中心完成加工，編程方式為3+2定軸方式，步驟如下：裝夾工件找正→建立工件坐標系→對刀→機床調(diào)取正面程序→完成加工，反面裝夾找正→建立工件坐標系→對刀→機床調(diào)取反面程序→加工完成。加工過程及成品如圖7所示。

圖7 加工過程及成品

4 結束語

本文主要利用了西門子公司UG編程軟件自動編程和工法的設置，對該零件進行了正面與反面刀路的編制和仿真，最后將生成的程序傳入五軸加工中心進行實際加工，效果良好，達到了大批量生產(chǎn)的要求。

參考文獻：

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