基于UG 的精密凹槽零件數(shù)控加工初探

李 哲

（湖南有色金屬工業(yè)技工學(xué)校，湖南株洲 412000）

0 引言

在數(shù)控加工過程中，凹槽是一個重點和難點加工問題，主要是因為凹槽在加工過程中要求的精度較高，凹槽零件的開發(fā)區(qū)域加工更加精細(xì)，用銑削刀在進行切割時出現(xiàn)很多的碎削問題，導(dǎo)致整個零件的磨損非常大，凹槽零件的質(zhì)量不能夠得到很好地保證。在UG（UniGraphics，統(tǒng)一圖形）軟件的幫助下，可以通過建立一個CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）模型，把凹槽的相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)過精密的數(shù)控程序控制，實現(xiàn)整個凹槽的精加工過程，保證其質(zhì)量。由于國際上較為先進的技術(shù)要求較高，對于工廠的基本條件也高，并且有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，加上成本高等原因，國內(nèi)目前還不能全面地使用這種較為先進的技術(shù)。通過UG 軟件的控制能很好地實現(xiàn)整個凹槽零件的加工過程，最大限度地減小誤差，提高零件的精密程度。

UG 集CAD、CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助工程）和CAM（Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）于一身，是目前世界上最先進的計算機輔助設(shè)計和分析制造軟件之一，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，特別是在航空航天。汽車制造和電子等高端產(chǎn)業(yè)中。UG 具有強大的虛擬裝備功能，能夠把曲面造型很好地展示出來，在設(shè)計過程中通過有限元分析和動力模擬、機構(gòu)運動分析等，很好地提高設(shè)計的可靠性，同時還能夠生成三維模型，對于產(chǎn)品的加工和處理有著重要的作用。

1 凹槽零件的CAD 建模

由于凹槽零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成零件較多，同時還有各種各樣的曲面和倒角之類的。在整個零件的生產(chǎn)過程中，首先要做的就是通過UG 軟件對凹槽零件建立一個數(shù)據(jù)模型。在建立數(shù)據(jù)模型過程中，由于曲面等部分較為復(fù)雜，通過UG 軟件下的CAD 功能能夠很好地實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)的精密性。在建模過程中，可以先根據(jù)零件圖繪制一個較為簡單的模型，然后再UG 軟件中對整個數(shù)據(jù)進行邊倒圓和倒斜角等數(shù)據(jù)的修正，通過布爾運算等命令來實現(xiàn)整個建模的準(zhǔn)確性，保證建模過程中數(shù)據(jù)的可行性。以下是某45#鋼材料，繪制的二維圖如圖1 所示，實物如圖2 所示。

2 精密凹槽零件數(shù)控加工的過程設(shè)計

圖1 二維建模

圖2 實物

一般情況下，凹槽零件的加工過程主要分為4 部分重點內(nèi)容：零件的外形、零件的曲面、糙面和零件的孔。在加工過程中，根據(jù)零件的大小選擇合適的銑削刀來進行加工，零件的倒斜角和凹槽面是整個加工過程的重點和難點內(nèi)容。加工過程中還要考慮到整個加工刀具的基本性能，能不能滿足基本的銑削，在數(shù)據(jù)的處理中，要注意不要形成一個過切面，尺寸的設(shè)計要合理，避免出現(xiàn)較大誤差。

在基于UG 軟件的加工過程中，要合理地使用軟件中的Manufacturing 模塊，通過Manufacturing 模塊建立一個良好的零件基本模型，加工過程中選用的凹槽要和基本的模型有一定的關(guān)系。另外，UG 軟件中的CAM 模塊只有在組件庫中能使用，因此在整個加工過程中，要根據(jù)實際情況將各個零部件進行組合，然后將整個組合的零部件進行應(yīng)用，為精密零件的制造提供一個良好的技術(shù)條件。由于零件不同的位置的要求不同，在加工過程中要根據(jù)實際情況確定加工方式，保證其質(zhì)量，同時還應(yīng)該注重生產(chǎn)效率。

2.1 一次加工二次粗加工

一次加工是整個零件的第一步加工過程，主要是指零件的粗加工，此階段主要進行的是零件的邊角料的去除，形成一個大致的零件模型。加工過程中，首先要選用直徑較大的刀具進行第一次加工，設(shè)置一些較為合理的轉(zhuǎn)速和切度，零件都是用平口的夾具進行固定。在進行粗加工的過程中，如果出現(xiàn)零件的移動問題，要在固定條上設(shè)置兩條合理的固定條，通過固定條保證零件在加工過程中不位移，刀具一般選擇直徑小于1 mm 的立銑刀。粗加工中零件的切削工作都是在零件的外部區(qū)域進行操作的，正常情況下不會對整個零件產(chǎn)生重大影響。

粗加工完成之后，零件的大致模型可以顯現(xiàn)出來。在粗加工過程中，主要是去除零件的邊角位置的一些材料，對零件的一些空和其他結(jié)構(gòu)并沒有加工。在零件的二次粗加工過程中，主要是加工零件的一些凹面和孔，零件在進行二次粗加工的過程中要選擇直徑比較小的刀具進行加工，主要是因為在加工過程中要在封閉空間內(nèi)進行，立銑刀在Z 向進刀的過程中，要將基本速度設(shè)置為0，避免在操作過程中出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象，嚴(yán)重時可能會造成技術(shù)人員的受傷。在刀具進行Z 向進刀時，相關(guān)技術(shù)人員要避開插銷操作，盡可能地將進銷速度設(shè)置得低一些，盡可能保證加工過程中的安全。第二次粗加工中要選擇兩種刀具，并且分成兩次進行，主要目的是提高加工效率和保證零件的準(zhǔn)確性。

2.2 二次精加工

完成二次粗加工之后，要對零件進行基本的二維輪廓的精加工。二維輪廓的精加工主要是針對于零件表面進行的，經(jīng)過粗加工之后零件可以有一個基本的模型。精加工是對零件的主要加工步驟，在加工過程中要選擇合適的加工精度的刀具，根據(jù)凹槽零件的主要孔的大小和凹槽面的的倒角等重要參數(shù)來確定。加工類型一般選擇是平面輪廓銑，主要是為了減少加工過程中出現(xiàn)一些比較多的刀痕，影響零件的美觀和性能。設(shè)置的切削順序要以層的形式排布，刀的基本路徑選擇為光順。在加工過程中，要根據(jù)零件的要求設(shè)置相關(guān)的進刀深度，不能太深或太淺。當(dāng)基本的輪廓完成精加工之后，要對孔進行精加工。孔的精加工和其他的不一定，主要是用銑削和鉸削操作來實現(xiàn)，刀具的選擇根據(jù)市實際情況來制定。在使用的刀具中，每一個刀具都要有較強的物理性能，因此適用于數(shù)控機床精度允許的情況下對凹槽零件進行孔加工，這種加工方法在小批量或中批量的條件中適用。鉸孔技術(shù)是在數(shù)量較多的孔加工中適用。孔的精加工完成后要進行平面的精加工，需要的刀具為立銑刀，為了降低換刀頻率，通常選擇直徑較小的立銑刀進行平面的精加工。由于平面銑能夠很好地對零件的周邊實現(xiàn)良好的切面，因此，在二次精加工的過程中使用這種方式，設(shè)置的加工步距一般為刀具半徑的65%左右，以確保切割效果，并且選用線性的進刀方式。

凹槽零件的表面精加工之后，要對凹槽的槽面進行精加工。在數(shù)控加工中，凹槽的槽面精加工是整個零件加工過程中最為重要的一步，也是難度最大的一步。在加工過程中，要選擇相對較小的槽面尺寸，還是在平面先銑上面進行操作。同時要降低整個道具在Z 方向上面的切割阻力。要提升其形位精度，選取螺旋式的下刀方法，切削動作要跟隨部件，將起點鉆設(shè)置在凹槽的中間，加工順序要遵循深度優(yōu)先的原則。同時，要將刀路設(shè)置光順，這樣加工出來的凹槽零件才會光滑并且刀痕少。在凹槽的整個表面中，要根據(jù)實際情況選擇合適的刀具進行工作，不同于凹槽表面，孔的加工比較復(fù)雜，選用的方式也是根據(jù)實際情況而定，在進行加工過程中，要保證每一空都有足夠的空間使得整個刀具能夠順利進行作業(yè)，在作業(yè)過程中，相關(guān)技術(shù)人員要佩戴好相應(yīng)的防護措施，保證安全的情況下進行工作。

在UG 軟件中進行仿真處理，把精密凹槽零件的基本實切過程仿真出來，這個步驟是整個零件加工的最后一個步驟。UG模擬軟件能夠很好地給技術(shù)人員一個良好的技術(shù)支持，能夠提供一個清晰地加工路徑，對于出現(xiàn)問題地時候能夠給與一定的校正意見。技術(shù)人員還可以通過改變一些參數(shù)，防止在加工過程中出現(xiàn)碰撞問題，保證能夠順利地完成加工。仿真工作完成之后，技術(shù)人員根據(jù)零件的表面觀察是不是合格、斷凹槽零件是否有切削太過或切削不到位的情況。合理應(yīng)用UG 軟件功能可以很大程度的降低整個工件在制作過程中出現(xiàn)問題，提高零件的安全效率。仿真工作結(jié)束后，需要通過UG 軟件的后處理功能將刀位的走向選中，然后再導(dǎo)入到數(shù)控機床的專用后處理文件中，從而生成用于執(zhí)行命令的代碼。最后經(jīng)過數(shù)據(jù)線，將代碼程序輸入給數(shù)控加工機床。

3 結(jié)語

結(jié)合實例，對UG 的精密凹槽零件數(shù)控加工的相關(guān)步驟和技術(shù)進行闡述，說明UG 軟件控制之下的精密加工控制技術(shù)的精密度，科學(xué)的方法能夠很好地減少整個零件的加工效率和零件的工作效率。在凹槽的零件的加工過程中，人們可以使用現(xiàn)代化的技術(shù)對傳統(tǒng)的零件加工技術(shù)進行改造和升級，通過軟件控制來實現(xiàn)精密制造。在零件的精密加工中，合理使用UG 軟件能夠最大限度地體現(xiàn)加工精度，確保精密零件的準(zhǔn)確性，保證加工工件質(zhì)量，進而推動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。