自動(dòng)編程加工技術(shù)在模具零件上的應(yīng)用

■ 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （四川攀枝花 617000） 曹金龍 陳佳欣

■ 四川鴻艦重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司 （四川攀枝花 617000） 鐘永興

曲面銑削是一種刀具沿曲面外形運(yùn)動(dòng)的加工類型，加工時(shí)機(jī)床沿X軸、Y軸、Z軸聯(lián)動(dòng)。曲面銑削刀具在加工過(guò)程中下插和上升時(shí)也要切削，因此，曲面銑削刀具主要為球頭刀。本文利用自動(dòng)編程功能對(duì)Z軸方向的曲面加工技術(shù)進(jìn)行研究。

1. 圓弧曲面零件綜合分析

工件如圖1所示，毛坯外形尺寸為160mm×120mm×40mm，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，除上表面外，其他表面均已加工至符合技術(shù)要求，根據(jù)圖樣制定出正確的工藝方案（定位夾緊，選擇刀具、切削參數(shù)和工藝路線）。本例采用FANUC 0iM三軸數(shù)控系統(tǒng)的銑床進(jìn)行UG加工技術(shù)的研究。

（1）工藝分析 如圖1所示，工件的毛坯形狀規(guī)則，可直接選用機(jī)械或液壓平口鉗裝夾工件。工件的復(fù)雜程度一般，但對(duì)被加工部分的尺寸、幾何公差及表面粗糙度等要求較高，包含的加工要素分別有平面、圓弧輪廓表面、內(nèi)外輪廓、凹槽、螺紋孔和球面（屬于曲面），且大部分尺寸均達(dá)到IT7~IT8級(jí)精度。

工件的基本面A非常重要，它的精度關(guān)系到諸多要素的加工精度，編程時(shí)以工件上表面（基準(zhǔn)面A）為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償后的Z向坐標(biāo)零點(diǎn)，工件上表面中間φ38mm孔的中心位置為XOY零點(diǎn)。

加工要保證工件X、Y軸零點(diǎn)找正，平口鉗一定要夾緊工件，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償利用Z軸定位器設(shè)定，利用粗加工余量來(lái)確定精加工，利用UG型腔銑編程，加工工序安排如下：

圖1 模具零件

1）銑削輪廓，保證側(cè)壁余量至少0.2mm，選用φ90mm可轉(zhuǎn)位銑刀（5個(gè)刀片）。

2）粗加工輪廓，保證側(cè)壁余量至少0.2mm，選用φ12mm三刃立銑刀。

3）精加工輪廓和平面，選用φ12mm三刃立銑刀。

4）鉆中間位置孔，選用φ8.5mm直柄麻花鉆。

5）擴(kuò)中間位置孔，選用φ12mm三刃立銑刀。

6）精加工寬圓弧凹槽，選用φ6mm球頭銑刀。

7）精加工R85mm圓弧凸臺(tái)表面，選用φ6mm球頭銑刀。

8）螺紋底孔加工，選用φ8.5mm鉆頭。

9）M10攻螺紋，選用M10機(jī)用絲錐。

（2）刀具選擇 加工過(guò)程中采用的刀具有φ90mm可轉(zhuǎn)位銑刀（硬質(zhì)合金刀片）、φ12mm四刃立銑刀（主要用于精加工，硬質(zhì)合金）、φ8.5mm麻花鉆（高速鋼）、M10機(jī)用絲錐以及φ6mm球頭銑刀。

（3）編制加工工藝 加工工步、加工內(nèi)容、刀具規(guī)格及切削參數(shù)見表1。

2. 圓弧曲面零件UG加工技術(shù)

UG加工一般包括：加工環(huán)境設(shè)置，菜單與工具條的定義，加工坐標(biāo)系的設(shè)置，創(chuàng)建加工幾何體、刀具、加工方法以及生成刀軌并利用刀軌完成加工。UG加工的操作包含生成單個(gè)刀軌所使用的全部信息，包括刀軌名稱、幾何數(shù)據(jù)、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、顯示參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)系和后處理命令等信息。

表1 加工工藝卡

（1）UG自動(dòng)編程加工技術(shù)流程 UG自動(dòng)編程加工的工作流程較為規(guī)范，流程如圖2所示。

（2）基于UG的圓弧曲面零件草圖繪制及建模處理 進(jìn)入草圖環(huán)境后，屏幕底部會(huì)出現(xiàn)繪制草圖時(shí)所需要的【直接草圖】工具條。工具條中的按鈕根據(jù)其功能可分為三大部分：“繪制”、“約束”和“編輯”。選擇XY平面為草圖平面進(jìn)入草圖環(huán)境。

草圖平面是特征截面或軌跡的繪制平面。選擇的草圖平面可以是XY平面、YZ平面和XZ平面中的一個(gè)，也可以是模型的某個(gè)表面。

UG的三維建模是利用草圖繪制完成之后的拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃掠等指令來(lái)完成的，加以布爾運(yùn)算，即求和、求差和求交命令。經(jīng)草圖繪制后的三維造型結(jié)果如圖3所示。

圖2 UG自動(dòng)編程加工流程

圖3 三維建模結(jié)果

（3）加工處理

1）毛坯設(shè)置 在UG加工設(shè)置中的“幾何體”選項(xiàng)里設(shè)置好需要加工的毛坯模型，即在進(jìn)入加工環(huán)境后，首先要確定零件的毛坯，在分析確認(rèn)零件的精度前提下，留足加工余量，以確定工件的毛坯尺寸，如圖4所示。

圖4 毛坯設(shè)置

2）刀具參數(shù)設(shè)置 應(yīng)用刀具組可從模板創(chuàng)建刀具，若從庫(kù)調(diào)用刀具，應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象的精度、結(jié)構(gòu)和加工效率來(lái)確定。該圓弧曲面零件的刀具參數(shù)設(shè)置如圖5所示。典型加工結(jié)構(gòu)圓弧凹槽曲面加工時(shí)采用的具體刀具形狀及參數(shù)如圖6所示。

3）刀具軌跡優(yōu)化與校驗(yàn) 使用編輯顯示命令可以指定刀具、刀具夾持器和刀具軌跡。使用刀軌設(shè)置選項(xiàng)可以指定控制刀軌的參數(shù)，包括切削模式、切削層、切削參數(shù)、非切削移動(dòng)、進(jìn)給率和速度。圓弧曲面的粗加工刀具軌跡優(yōu)化如圖7所示。凸圓弧曲面零件走刀路線如圖8所示。

（4）后置處理 設(shè)置和選用可供機(jī)床直接使用的數(shù)控系統(tǒng)接口技術(shù)，選擇已經(jīng)編輯設(shè)置好的MILL－3－AXIS系統(tǒng)后處理文件，指定存放位置，確認(rèn)輸出，完成NC程序的生成。如圖9所示為加工使用的數(shù)控銑床接口系統(tǒng)。

圖5 刀具參數(shù)設(shè)置

圖6 球頭銑刀參數(shù)設(shè)置

圖7 凹圓弧曲面的粗加工刀具路線

圖8 凸圓弧曲面刀軌路線

圖9 后處理接口選擇

圖10 后處理程序存儲(chǔ)

與機(jī)床設(shè)置匹配的后處理器生成與實(shí)際機(jī)床相適宜的數(shù)控程序后，經(jīng)必要的修改，存儲(chǔ)在專用存儲(chǔ)卡上，如圖10所示。再轉(zhuǎn)存至數(shù)控機(jī)床，調(diào)用至機(jī)床面板，如圖11所示。

圖11 機(jī)床調(diào)用存儲(chǔ)程序

（5）數(shù)控加工程序 研究對(duì)象加工部位有平面、常規(guī)凹槽、圓弧凹槽、圓弧凸臺(tái)和孔，涉及的刀具直徑有大有小。因此，要完成整個(gè)零件加工達(dá)圖樣要求，數(shù)控加工程序較多，如果純粹是人工編程，則不利于制造效率和加工精度的提高。由于該零件自動(dòng)編程生成代碼較多，這里選取圓弧槽加工部分程序進(jìn)行展示。

O01

N0010 G40 G17 G90 G54

N0020 G00 Z100.0

N0030 G00 X100 Y100

N0040 G00 G90 X-12.3329 Y-3.0009 S1300 M03

N0050 G43 Z10. H00

N0060 Z-6.8

N0070 G01 Z-8.3794 F70. M08

N0080 X-12.3288 Y-2.8979 Z-9.1557

N0090 X-12.317 Y-2.5977 Z-9.879

N0100 X-12.2983 Y-2.1206 Z-10.4998

N0110 X-12.2739 Y-1.4993 Z-10.9759

N0120 X-12.2455 Y-.776 Z-11.2748

N0130 X-12.215 Y0.0 Z-11.3762

N0140 X-12.1604 Y1.3899 Z-11.3747

N0150 X-11.9969 Y2.7713 Z-11.3758

N0160 X-11.7255 Y4.1356 Z-11.3679

N0170 X-11.3479 Y5.4744 Z-11.3711

N0180 X-10.8665 Y6.7794 Z-11.3761

N0190 X-10.2841 Y8.0427 Z-11.3617

N0200 X-9.6044 Y9.2563 Z-11.3716

N0210 X-8.8316 Y10.4129 Z-11.3707

N0220 X-7.9705 Y11.5053 Z-11.3613

N0230 X-7.0262 Y12.5267 Z-11.3762

N0240 X-6.0048 Y13.471 Z-11.3696

N0250 X-4.9124 Y14.3321 Z-11.365

N0260 X-3.7558 Y15.1049 Z-11.3629

N0270 X-2.5422 Y15.7846 Z-11.3725

N0280 X-1.2789 Y16.367 Z-11.3727

N0290 X.0261 Y16.8484 Z-11.3757

N0300 X1.3649 Y17.226 Z-11.3765

N0310 X2.7292 Y17.4974 Z-11.3708

N0320 X4.1106 Y17.6609 Z-11.3727

N0330 X5.5005 Y17.7155 Z-11.3759

N0340 X6.8905 Y17.6609 Z-11.3659

N0350 X8.2718 Y17.4974 Z-11.3725

N0360 X9.6361 Y17.226 Z-11.3699

N0370 X10.9749 Y16.8484 Z-11.359

N0380 X12.2799 Y16.367 Z-11.3763

N0390 X13.5432 Y15.7846 Z-11.368

N0400 X14.7568 Y15.1049 Z-11.3621

N0410 X15.9134 Y14.3321 Z-11.3742

N0420 X17.0058 Y13.471 Z-11.370

（6）零件加工 在UG自動(dòng)化編程平臺(tái)生成的數(shù)控加工程序，經(jīng)首件試切完成部分參數(shù)的微調(diào)及加工質(zhì)量的確認(rèn)，達(dá)圖樣要求之后，即可批量生產(chǎn)。研究對(duì)象在VDL-800型數(shù)控機(jī)床上的銑削過(guò)程如圖12所示，整個(gè)零件加工結(jié)果如圖13所示。

3. 結(jié)語(yǔ)

圖12 VDL-800型數(shù)控機(jī)床銑削過(guò)程

圖13 模具零件加工結(jié)果

通過(guò)對(duì)圓弧曲面零件UG加工技術(shù)的研究，避免了手工編程采用較為復(fù)雜的宏程序，化繁為簡(jiǎn)。利用UG加工技術(shù)主要做好加工部件、毛坯及相關(guān)切削參數(shù)的設(shè)置，優(yōu)化走刀路線，避免刀具的干涉與碰撞，最終利用后處理器生成可供機(jī)床使用的數(shù)控加工程序。實(shí)例應(yīng)用證明了方法的正確性和有效性，自動(dòng)化編程技術(shù)的研究成果可以廣泛地應(yīng)用于礦山機(jī)械零件數(shù)控加工領(lǐng)域，為多品種、小批量的模具零件數(shù)控編程工作提供了高質(zhì)高效的解決方案，提高了制造柔性化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。