基于UG NX的汽車鋁合金輪轂制造工藝研究＊

夏雨

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江寧波315012）

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展已成為國(guó)家重要的產(chǎn)業(yè)之一，隨著綠色環(huán)保和人們對(duì)汽車性能的追求，人們對(duì)汽車外觀、樣式有著越來越多的要求，汽車產(chǎn)品的開發(fā)成本加大，上市周期的縮短加快汽車消費(fèi)品的更新?lián)Q代[1～3]。在這種情況下數(shù)控加工技術(shù)在汽車工業(yè)中發(fā)揮重要作用，運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)和虛擬加工技術(shù)，可以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品制造工藝上進(jìn)行驗(yàn)證，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期[4]。

圖1 所示的汽車鋁合金輪轂為企業(yè)真實(shí)案例，運(yùn)行UG NX軟件進(jìn)行編程加工，加工工藝制定，結(jié)合優(yōu)化的加工程序，通過合理制定制造工藝，可以提高鋁合金輪轂的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量[5]。

圖1 鋁合金輪轂加工

2 汽車鋁合金輪轂的數(shù)控加工工藝分析

圖2 為汽車鋁合金輪轂實(shí)例模型，毛坯尺寸φ600×480mm，采用專用夾具對(duì)汽車鋁合金輪轂進(jìn)行裝夾，采用加工中心完成小批量加工[4]。鋁合金輪轂主要有輪輞和輪輻組成，形狀結(jié)構(gòu)可以根據(jù)定制完成三維設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)汽車廠家要求進(jìn)行大批量生產(chǎn)[6]。

圖2 鋁合金輪轂?zāi)Ｐ?/p>

鋁合金輪轂毛坯采用鍛造工藝，零件毛坯基本已經(jīng)成型，只需要進(jìn)行對(duì)輪輞和輪輻的設(shè)計(jì)，根據(jù)輪輞和輪輻尺寸和造型的不同完成加工，定位采用以輪轂底面為基準(zhǔn)，以輪轂頂面中心為加工坐標(biāo)系，并作為Z0的起點(diǎn)位置，用專用夾具進(jìn)行裝夾，用百分表完成汽車鋁合金輪轂的X、Y方向的找正。

加工工序步驟是先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行半精加工和精加工。主要的加工工序安排如下：粗加工型腔銑→半精加工型腔銑→精加工深度加工輪廓銑→精加工固定輪廓銑，采用螺旋下刀的走刀方式，避免跳刀和空走刀加工[7]。

汽車鋁合金輪轂主要是由曲面和圓弧面組成。鋁合金輪轂采用高速鎢鋼刀進(jìn)行加工，刀具選用φ16R1mm、φ6R3mm、φ4R2mm和φ1R0.5mm的圓角刀和球頭刀。粗加工為了加工效率可以選用φ16R1mm的機(jī)夾刀，刀粒磨損安裝新刀片比較快捷方便。半精加工和精加工采用球頭刀加工，可以達(dá)到很高的表面粗糙度。

加工思路是先通過型腔銑進(jìn)行粗加工，側(cè)留0.1mm加工余量，底面留0.05mm的余量。加工工藝方案如表1所示，再利用深度加工輪廓銑和固定輪廓銑進(jìn)行半精加工和精加工。避免振動(dòng)可采用較小的吃刀量為0.5mm，主軸轉(zhuǎn)速選取4,500轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給率2,500mm/min，精加工主軸轉(zhuǎn)速選取5,500轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給率2,800mm/min，吃刀量采用為0.4mm。具體切削用量明細(xì)表如表1所示[8]。

表1 汽車鋁合金輪轂的加工工藝方案

3 鋁合金輪轂的加工刀路程序編制

3.1 輪轂的粗加工

創(chuàng)建型腔銑。在“工序子類型”CAVITY-MILL，創(chuàng)建切削區(qū)域。選擇“指定切削區(qū)域”，彈出切削區(qū)域選項(xiàng)，修改切削模式和每一刀的切削深度。選擇“切削模式”為“跟隨部件”?！安骄唷痹O(shè)定為”刀具平直百分比”，“平面直徑百分比”設(shè)定為“65”，“每刀的公共深度”設(shè)定為“恒定”，“最大距離”設(shè)定為2。設(shè)定切削層。選擇切削層按鈕打開“切削參數(shù)”參數(shù)中，在“列表”下刪除所有的層數(shù)，在選擇“選擇對(duì)象”選定補(bǔ)面，設(shè)定切削余量。在“切削參數(shù)”參數(shù)中中，打開“余量”選項(xiàng)卡，修改“部件側(cè)面余量”為0.3，“內(nèi)公差”與“外公差”均設(shè)定為0.03。設(shè)定進(jìn)刀參數(shù)。選擇“非切削移動(dòng)”按鈕，彈出參數(shù)中，打開“進(jìn)刀”選項(xiàng)卡，在開放區(qū)域選項(xiàng)區(qū)域里，“進(jìn)刀類型”設(shè)定為“沿形狀斜進(jìn)刀”斜坡角2高度1最小斜面長(zhǎng)度55刀具百分比選擇完成設(shè)定。設(shè)定進(jìn)給率和刀具轉(zhuǎn)速。選擇“進(jìn)給率和速度”按鈕，打開“進(jìn)給率和速度”參數(shù)中，在“主軸速度”文本框中輸入4,500轉(zhuǎn)/min，在“進(jìn)給率”選項(xiàng)區(qū)域中設(shè)定“切削”為2,500mm/min，生成刀位軌跡。選擇“生成”按鈕，系統(tǒng)計(jì)算出“型腔銑”的刀位軌跡如圖3所示。

圖3 粗加工刀路軌跡

3.2 輪轂的半精加工

修改切削區(qū)域。選擇“指定切削區(qū)域”，在切削區(qū)域選項(xiàng)中選擇指定曲面，修改刀具。在“輪廓區(qū)域”參數(shù)中中展開按鈕，打開“刀具”選項(xiàng)區(qū)域，將“刀具”修改為D6R3，修改切削模式和每一刀的切削深度。選擇“切削模式”設(shè)定為“跟隨部件”?！安骄唷痹O(shè)定刀具65%。每刀公共深度設(shè)定為“恒定”，“最大距離”設(shè)定為0.5，設(shè)定切削層。選擇“切削層”按鈕，打開“切削參數(shù)”參數(shù)中，在“列表”下刪除所有層數(shù)，在選擇選擇對(duì)象，選擇“確定”按鈕，生產(chǎn)切削范圍。設(shè)定切削余量?！扒邢黜樞颉痹O(shè)定為“深度優(yōu)先”?！暗堵贩较颉痹O(shè)定為“向內(nèi)”。設(shè)定進(jìn)刀參數(shù)。選擇“非切削移動(dòng)”按鈕，彈出參數(shù)中，打開“進(jìn)刀”選項(xiàng)卡。系統(tǒng)計(jì)算出“型腔銑”的刀位軌跡如圖4所示。

3.3 輪轂側(cè)面的半精加工

創(chuàng)建深度加工輪廓ZLEVEL_PROFILE。選擇“刀片”命令，選擇mill_contour選項(xiàng)，修改位置參數(shù)，在“深度加工輪廓”中指定切削區(qū)域。選擇“指定切削區(qū)域”，在“切削區(qū)域”中設(shè)定每刀的公共深度?！懊康肚邢魃疃取痹O(shè)定為“恒定”，“最大距離”設(shè)定為0.4。設(shè)定切削參數(shù)。選擇“切削參數(shù)”中設(shè)定“切削方向”為“混合”，“切削順序”設(shè)定“深度優(yōu)先”設(shè)定連接。在“切削參數(shù)”中選擇“連接”選項(xiàng)卡，“層到層”選擇“直接對(duì)部件進(jìn)刀”，如圖5所示刀路軌跡。

圖4 粗加工刀路軌跡

圖5 輪轂側(cè)面的半精加工

3.4 輪轂凸緣半精加工

創(chuàng)建固定輪廓銑。在“類型”下拉列表中選擇mill_contour選項(xiàng)，修改位置參數(shù)，“固定輪廓銑”中編輯驅(qū)動(dòng)方法參數(shù)。選擇“驅(qū)動(dòng)方法”下的“編輯”按鈕，“切削模式”選擇“往復(fù)”，“步距”設(shè)定為“恒定”，“最大距離”設(shè)定為0.5，“步距已應(yīng)用”設(shè)定為“在平面上”，“切削角”設(shè)定為“指定”?！芭cXC的夾角”設(shè)定為0°。設(shè)定切削參數(shù)中，在“余量”選項(xiàng)卡中設(shè)定“部件余量”為0.05，如圖6所示刀路軌跡。

3.5 輪轂精加工

復(fù)制固定輪廓銑。選擇“復(fù)制”命令，指定切削區(qū)域。選擇“指定切削區(qū)域”，編輯驅(qū)動(dòng)方法參數(shù)，選擇“驅(qū)動(dòng)方法”下的“編輯”方式，在“區(qū)域切削驅(qū)動(dòng)方法”中選擇“切削模式”選擇“往復(fù)”，“步距”設(shè)定為“恒定”，“最大距離”設(shè)定為0.4，如圖7所示。

圖6 輪轂凸緣半精加工

圖7 輪轂精加工

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上案例，主要使用UG NX軟件完成了汽車鋁合金輪轂的加工編程與實(shí)際加工，通過仿真模擬加工可以發(fā)現(xiàn)和實(shí)際不一樣的刀路軌跡，避免過切產(chǎn)生對(duì)實(shí)際加工產(chǎn)生不利的因素，可以節(jié)約時(shí)間和成本，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過以上制造工藝實(shí)踐，經(jīng)過優(yōu)化的輪轂加工工藝可以提高生產(chǎn)效率，降低成本，接下來可以進(jìn)一步討論工藝的合理性，優(yōu)化加工工藝，為實(shí)際生產(chǎn)提供實(shí)際參考價(jià)值。