基于UG的一種類螺旋銑削編程方法

劉崇智，郭 輝

（中航飛機(jī)股份有限公司長(zhǎng)沙起落架分公司，陜西 漢中723000）

0 引言

飛機(jī)起落架如外筒、活塞桿、轉(zhuǎn)彎套筒等大型結(jié)構(gòu)件，通過自身耳片孔與其他零件組合一起構(gòu)成了飛機(jī)起落架系統(tǒng)。近年，隨著零件結(jié)構(gòu)型面、形狀、拓?fù)潢P(guān)系的越來(lái)越復(fù)雜，制造加工難度也越來(lái)越大。轉(zhuǎn)彎套筒（圖1）作為外筒上與扭力臂連接的關(guān)鍵重要件，材料采用23Co14Ni12Cr3MoE超高強(qiáng)度鋼，根據(jù)工件敞開式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，兼顧成本，工件外形加工在四軸設(shè)備上進(jìn)行。相對(duì)而言，寬mm，深度 197.5 mm的耳片槽口數(shù)控編程為高強(qiáng)度鋼工件加工的一個(gè)難點(diǎn)。常規(guī)編程采用等高輪廓順銑加工，刀軌在每一層切削加工完成后，抬刀到安全平面再空跑至下一進(jìn)刀點(diǎn)，進(jìn)行下一層切削。過多的進(jìn)退刀、空走刀、跳刀易帶來(lái)潛在的夾具干涉、機(jī)床碰撞等風(fēng)險(xiǎn)，且加工效率低下。為此，文中特別介紹兩種類螺旋銑削編程方法用于耳片槽的開粗與精加工。其優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)刀軌只有一個(gè)進(jìn)刀、一個(gè)退刀，且始終保持順銑（或逆銑）走刀方式，在每層切削完成后沿斜線進(jìn)入下一削層，刀路整潔明了，加工效率高，潛在風(fēng)險(xiǎn)小。

圖1 轉(zhuǎn)彎套筒

1 耳片槽銑削刀具及切削參數(shù)選用

轉(zhuǎn)彎套筒（圖1）材料熱處理后抗拉強(qiáng)度σb可達(dá)2 040 MPa，因此，在熱前加工槽寬mm，深 197.5 mm耳片時(shí)，刀具選用切削性能好，切削刃強(qiáng)度高且不易磨損的D20R5加長(zhǎng)環(huán)形刀。根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)每齒進(jìn)給控制在 0.1 mm ～ 0.3 mm 內(nèi)，切深 0.5 mm。根據(jù)F=n × z× FZ，n為主軸轉(zhuǎn)速，z為刀具齒數(shù)，F(xiàn)Z為每齒進(jìn)給量。則雙齒銑刀的切削參數(shù)可選擇為[1]：主軸轉(zhuǎn)速S=1 200 m/s～1 600 m/s，進(jìn)給量F=600 mm/min～800 mm/min，順銑走刀方式。熱后精加工，選用涂層硬質(zhì)合金刀，每層切深4 mm～6 mm，主軸轉(zhuǎn)速S=1 000 m/s～1 200 m/s，進(jìn)給量F=300 mm/min～400 mm/min，依然順銑走刀。

2 基于U G耳片槽銑削的編程方法

為提高轉(zhuǎn)彎套筒加工效率，減少裝夾次數(shù)，外形全部在四軸加工中心采用固定矢量加工。其中工件耳片槽銑削開粗、精加工，均采用UG軟件中的深度加工輪廓操作進(jìn)行編程。刀軸定矢量為孔與耳片中心連線，背離工件的方向。文中僅對(duì)UG8.0版本中實(shí)現(xiàn)類螺旋銑削方法的編程技巧進(jìn)行歸納。

2.1 進(jìn)退刀設(shè)置實(shí)現(xiàn)類螺旋銑削

主要通過對(duì)ZLEVEL_PROFILE操作中非切削移動(dòng)，進(jìn)、退刀參數(shù)的聯(lián)合調(diào)整，實(shí)現(xiàn)類似螺旋銑削刀軌。具體步驟：

1）首先，在ZLEVEL_PROFILE操作中進(jìn)行幾何體設(shè)置?！皫缀误w”→“指定部件”選擇工件實(shí)體，“指定切削區(qū)域”選擇工件槽內(nèi)側(cè)兩片面。

2）在ZLEVEL_PROFILE操作中進(jìn)行切削參數(shù)調(diào)整[2，3]，按層加工工件槽內(nèi)毛坯。在 ZLEVEL_PROFILE操作→“切削參數(shù)”→“策略”中“切削方式”選擇“順銑”，“切削順序”調(diào)整為“層優(yōu)先”，“延伸刀軌”→“在邊上延伸”→“距離”設(shè)置為12 mm，大于刀具半徑值即可，其余參數(shù)均默認(rèn)。

3）接著設(shè)置深度加工輪廓ZLEVEL_PROFILE操作中的“非切削移動(dòng)”[4]。“非切削移動(dòng)”→“進(jìn)刀”→“開放區(qū)域”中進(jìn)刀參數(shù)按表1設(shè)置，未涉及項(xiàng)如“封閉區(qū)域”、“初始封閉區(qū)域”、“初始開放區(qū)域”保持默認(rèn)值；“非切削移動(dòng)”→“退刀”中的設(shè)置保持默認(rèn)；“非切削移動(dòng)”→“轉(zhuǎn)移/快速”中區(qū)域間轉(zhuǎn)移類型“直接”，區(qū)域內(nèi)進(jìn)刀/退刀的轉(zhuǎn)移類型也設(shè)置為“直接”。見表1。

表1 開放區(qū)域進(jìn)刀設(shè)置

4）最后，選擇小于槽寬的切削刀具，其他設(shè)置不變，直接生成刀具軌跡即可。從圖2可見，刀路從槽外一側(cè)起刀銑削到槽口一側(cè)面，以圓弧R1退刀，按G01直線差補(bǔ)到起刀點(diǎn)，并再次按圓弧R1進(jìn)刀切入槽口銑削至另一側(cè)。在整個(gè)切削過程中，刀路的進(jìn)刀、切削、退刀、進(jìn)刀、再次切削、再次退刀始終保持在同一切削高度（處于同一切削層），待完成本層切削后才以G00斜線切入下一層，周而復(fù)始完成槽口加工。

圖2 類螺旋銑削刀軌

2.2 刀軌編輯實(shí)現(xiàn)類螺旋銑削

主要通過對(duì)ZLEVEL_PROFILE操作刀軌編輯實(shí)現(xiàn)類似螺旋銑削刀路。

1）在ZLEVEL_PROFILE操作中進(jìn)行幾何體設(shè)置?！皫缀误w”→“指定部件”選擇工件實(shí)體，“指定切削區(qū)域”選擇工件槽內(nèi)側(cè)兩片面。

2）在ZLEVEL_PROFILE操作中進(jìn)行切削參數(shù)調(diào)整，設(shè)置同退刀參數(shù)的聯(lián)合調(diào)整實(shí)現(xiàn)螺旋銑削步驟b一致。

3）創(chuàng)建修建邊界?？芍苯油ㄟ^“來(lái)自曲線集的曲線”選擇槽一側(cè)耳片邊界“投影”方式，形成一個(gè)封閉的平面曲線，曲線所在的平面與槽平面平行。為保障切削時(shí)刀具中心未直接在毛坯上進(jìn)刀，還需將投影曲線進(jìn)行連接，并進(jìn)行整體偏置，擴(kuò)大刀軌修剪區(qū)域，偏置距離大于刀具半徑，譬如加工采用的是D20R5的可轉(zhuǎn)位銑刀，偏置距離12 mm。

4）刀軌編輯。在ZLEVEL_PROFILE操作快捷鍵至“刀軌”→“編輯”后[5]，進(jìn)入“刀軌編輯器”界面后，首先在“編輯操作”下點(diǎn)擊“修剪”進(jìn)入“修剪刀軌”操作對(duì)話框，在“幾何體”→選“邊界”并“指定修剪編輯”中選擇步驟c中偏置的曲線。修剪“平面”為投影平面，“修剪側(cè)”點(diǎn)選外側(cè)；再次進(jìn)入“修剪刀軌”對(duì)話框中→“轉(zhuǎn)移類型”選擇“直接”方式后，刀軌被邊界裁剪成圖3右側(cè)類螺旋刀路。刀路編輯到此，基本已實(shí)現(xiàn)類螺旋刀軌，但是仔細(xì)觀察圖3右側(cè)：該刀軌沒有進(jìn)、退刀。因此，還需要在“刀軌編輯器”界面中，通過對(duì)“添加新刀軌事件”的編輯，增加進(jìn)、退刀刀路。增加方法是：復(fù)制、粘貼“添加新刀軌事件”起點(diǎn)和終點(diǎn)（圖4左），改變復(fù)制點(diǎn)Z值大小，并設(shè)置運(yùn)動(dòng)類型為“進(jìn)刀”或“退刀”。此時(shí)，編輯好的刀軌將始終保持順銑或逆銑的類似螺旋的切削方式，由槽口外進(jìn)刀，切削、直接轉(zhuǎn)移、切削、斜線切入下一層。每層刀路在進(jìn)入下一層時(shí)，均采用G01斜線切入方式，且整個(gè)刀路從開始到結(jié)束只有一個(gè)進(jìn)刀和一個(gè)退刀，同層間的刀路轉(zhuǎn)移也嚴(yán)格采用G01，刀路規(guī)整有序（圖4右）。

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖3 無(wú)進(jìn)退刀路的類螺旋銑削刀軌

圖4 有進(jìn)退刀路的類螺旋銑削刀軌

3 加工驗(yàn)證

在轉(zhuǎn)彎套筒（圖1）耳片槽銑削時(shí)，選用雙齒銑刀，按下參數(shù)：每齒 FZ=0.25 mm，轉(zhuǎn)速 1 600 m/s，進(jìn)給量800 mm/min，切深0.5 mm，順銑走刀，并分別對(duì)類螺旋銑削兩種編程生成的NC代碼進(jìn)行測(cè)試（編程過程見上）。從宏觀上講：兩種編程方法生成的刀軌，在加工時(shí)機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常聲響，整個(gè)切削過程不足15 min，槽表面粗糙度Ra小于Ra1.6，比傳統(tǒng)走刀方式效率提高15%～20%。雖然兩種編程方法均可實(shí)現(xiàn)類螺旋切削，但是采用進(jìn)退刀設(shè)置實(shí)現(xiàn)類螺旋銑削編程方法，其參數(shù)選配困難，易發(fā)生扎刀或頂?shù)冬F(xiàn)象（圖5），對(duì)編程人員的經(jīng)驗(yàn)技能要求高。

圖5 零件仿真加工及成品耳片槽

4 結(jié)束語(yǔ)

在轉(zhuǎn)彎套筒數(shù)控加工程序優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)類螺旋銑削具有良好的切削性，在工件外斜線進(jìn)、退刀，刀路完全實(shí)現(xiàn)順銑走刀，嚴(yán)格按層加工。文中結(jié)合轉(zhuǎn)彎套筒耳片槽詳細(xì)介紹了兩種類螺旋銑削編程中的參數(shù)設(shè)置技巧，剖析了刀軌特點(diǎn)。根據(jù)刀軌和試加工比較，采用編輯刀軌實(shí)現(xiàn)類螺旋銑削的編程方法具有更普遍的推廣意義和實(shí)用性。同時(shí)，希望文中的編程經(jīng)驗(yàn)和技巧能對(duì)直壁腔體銑削帶來(lái)技術(shù)借鑒和參考。