葛菊英，章紅梅

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘇州校區(qū)，江蘇 蘇州 215173）

Unigraphics（簡(jiǎn)稱 UG）是集 CAD/CAM/CAE/CAID一體化的三維參數(shù)化的集成高端軟件，CAD功能實(shí)現(xiàn)了目前制造業(yè)中常規(guī)的過程技術(shù)、設(shè)計(jì)、繪圖功能的自動(dòng)化，CAM功能則為使用Unigraphics設(shè)計(jì)模型描繪完成的現(xiàn)代機(jī)器工具提供NC編程技術(shù)。

利用UG/CAM功能加工較大的復(fù)雜曲面，其加工模組（Manufacturing Module）有銑削、鉆削、車削和線切割的制作和后處理，提供很多加工方法，產(chǎn)生刀具路徑、模擬加工、建立刀具位置原始文件（CLSF），并經(jīng)后處理器產(chǎn)生NC碼，最后將NC碼傳入NC機(jī)器中，實(shí)施加工，得到所需的產(chǎn)品。系統(tǒng)可提供多種加工類型，用于各種復(fù)雜零件的粗加工、半精加工和精加工，可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、加工表面形狀和加工精度要求，選擇合適的加工類型。

1 加工電吹風(fēng)型芯模型

電吹風(fēng)產(chǎn)品如圖1所示，出風(fēng)口連接處倒R0～R10mm的變圓角，表面粗糙度3.2，由主體、出風(fēng)口、手柄、分型面、鍵槽等部分組成。

圖1 電吹風(fēng)產(chǎn)品圖

電吹風(fēng)型芯模型如圖2，材料為NAK80模具鋼件，時(shí)效硬化37～41HRC。首先，對(duì)零件進(jìn)行分析，包括：機(jī)床的選擇、零件的尺寸分析、加工方法和加工路徑的選擇、夾具的選擇、刀具的選擇及切削用量的確定；其次，零件加工前還要編寫正確的數(shù)控加工工藝及加工程序，操作時(shí)還要進(jìn)行工件的找正、對(duì)刀及工件原點(diǎn)的確定。

圖2 電吹風(fēng)型芯模型

2 形狀特征的分析

點(diǎn)擊圖標(biāo)，即可進(jìn)入加工模塊，選擇“分析”→“NC助理”，NC助理可以收集加工工件的圓角半徑、壁面的拔模角度，幫忙用戶選取刀具直徑、刀具的底角半徑，制定加工工藝。或選擇“分析”→“幾何特性”，也能分析半徑、坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)。

分析得知，在手柄上最小的圓角半徑是1mm，連接處圓角半徑7mm，拔模角10°。選擇“分析”→“測(cè)量距離”此選項(xiàng)，得到模仁的尺寸長(zhǎng)×寬×高=220mm×160mm×55.128mm，上面鍵槽距離為2.125mm，鍵槽拔模角1°。

3 生成零件毛坯和工件工作坐標(biāo)

（1）零件毛坯的設(shè)定。建立毛坯的方法有很多種，“創(chuàng)建幾何體”對(duì)話框的選擇“WORKPIECE”，創(chuàng)建幾何體中的部件幾何體、毛坯幾何體、切削區(qū)域。創(chuàng)建毛坯幾何體還有一種方法是用用“所有應(yīng)用模塊”→“電極設(shè)計(jì)”→“創(chuàng)建方塊”，作為毛坯幾何體。在實(shí)際中常采用四面分中，最高面為零來設(shè)置原點(diǎn)，方便操作人員設(shè)置機(jī)床原點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）加工坐標(biāo)系（MCS）及安全平面的設(shè)定。在加工中設(shè)置的坐標(biāo)系為加工坐標(biāo)系（MCS），設(shè)置的原則是：一般與工件坐標(biāo)系一致；便于加工者快速準(zhǔn)確對(duì)刀；對(duì)稱零件的坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選在對(duì)稱軸上；考慮加工產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床上的裝夾擺放情況。此處電吹風(fēng)型芯模型中，原點(diǎn)在上表面四周的中心，Z軸朝上，如圖2所示。由于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度較快，為了保證加工安全，需要安全平面設(shè)置，一般與上表面距離10mm處。

4 刀具的設(shè)定

刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響零件的加工品質(zhì)。編程時(shí)，選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。

應(yīng)當(dāng)盡量減少刀具數(shù)量，一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；粗精加工的刀具應(yīng)分開使用；先銑后鉆；先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；先進(jìn)行底面加工后側(cè)面加工；加工時(shí)盡量在外面進(jìn)刀；在滿足不過切的條件下，優(yōu)先采用平底刀，平底刀在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球刀。

常用數(shù)控加工刀具規(guī)格（mm）：圓鼻刀Ф63R6、Ф50R6、Ф35R5、Ф32R5、Ф30R5、Ф25R5、Ф20R4、Ф16R4、Ф12R4、Ф10R0.8、Ф8R0.5、Ф4R0.5；平底刀 Ф12、Ф10、Ф8、Ф6；球刀R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.5、R1、R0.5 等。

在開粗中，考慮毛坯的尺寸，如毛坯為80×80，則選Ф25R5Ф16R0.8；如毛坯為 100×100，則選 Ф35R6、Ф32R6、Ф30R5開粗。如毛坯大于300×300，則選大于Ф35R6的刀具開粗。在圓倒角和拐角進(jìn)行時(shí)，應(yīng)選用直徑小于圓倒角幾何尺寸70%的刀具，使拐角處的刀具路徑更加平順，降低刀具負(fù)荷。

本實(shí)例中，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和尺寸要求，結(jié)合車間刀具的實(shí)際情況，完成型芯模型數(shù)控加工選用5把刀具：D32R5圓鼻刀、D10R0.8圓鼻刀、D10平底刀、R3球刀、D2平底刀。

5 加工參數(shù)的設(shè)定

加工中重要的切削參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、加工步距（殘留高度）、加工深度和加工余量等，一般在選擇這些參數(shù)時(shí)即要考慮零件的加工精度又要考慮機(jī)床的加工效率。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工藝手冊(cè)，本實(shí)例中主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、加工深度采用表1數(shù)據(jù)。設(shè)定粗加工余量為0.3～0.5mm，半精加工余量0.05～0.3mm，精加工余量為0。

步距是大小決定零件加工表面質(zhì)量和加工效率的重要因素，必須合理搭配。本實(shí)例中，一般取粗加工和半精加工步距為60～90%刀具直徑，精加工步距小于50%刀具直徑。

一般粗加工過程中余量較大，應(yīng)選用逆銑加工方式，以減小機(jī)床的震動(dòng)；工件表面凹凸不平較顯著時(shí)的情況下，應(yīng)采用逆銑；精加工時(shí)，為達(dá)到精度和表面粗糙度的要求，應(yīng)選擇順銑加工方式；有開放加工區(qū)域的粗加工采用混合銑，減少空刀，節(jié)約加工時(shí)間。

6 進(jìn)刀和退刀的設(shè)定

進(jìn)、退刀方式對(duì)被加工件的質(zhì)量有著重要的作用，絕對(duì)不允許直接在加工工件上垂直下刀，這樣會(huì)發(fā)生“扎刀”和“斷刀”事故。在開始加工時(shí)，盡量從工件外面進(jìn)刀，保證刀具壽命。所有的進(jìn)刀螺旋下刀是所有下刀方式中對(duì)刀具影響最小的一種下刀方式，優(yōu)先采用螺旋下刀。斜直線下刀主要用于小區(qū)域而且狹長(zhǎng)的區(qū)域的加工中，如狹長(zhǎng)的矩形區(qū)域加工，生成不了螺旋下刀就可以使用斜直線下刀。開粗采用螺旋下刀或斜直線進(jìn)刀，精加工時(shí)用斜直線進(jìn)刀。螺旋下刀直徑一般取刀具半徑的50%～100%，高度不超過3mm，傾斜角度不超過10°。

7 工藝方案

根據(jù)以上分析，最終制定以下加工工藝方案（見表1）。

分析如下：

序號(hào)3中，平面銑半精加工分型面，留一次切削的精加工余量0.05mm，在序號(hào)5中精加工一次分型面，完成光面加工，保證加工品質(zhì)。

序號(hào)8中，平面銑精加工清角，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)角落留0.01mm的余量，兩個(gè)面的接刀會(huì)比較好，防止過切尺寸變小，假如多余可以拋光處理。切削方式為配置文件表示沿輪廓走一次。

（1）數(shù)控程序的仿真加工。在依次創(chuàng)建幾何體名稱、加工坐標(biāo)系、安全平面、毛坯幾何體、加工操作、參數(shù)輸入后，最后完成電吹風(fēng)型芯加工，利用UG的加工仿真功能可以交互式地模擬演示材料按數(shù)控刀軌數(shù)據(jù)被去除的過程，在加工前對(duì)完成的加工操作進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 加工工藝方案

續(xù)表

（2）生成加工NC代碼及實(shí)際加工。CAM的過程的最終目的是生成一個(gè)數(shù)控機(jī)床可以識(shí)別的代碼程序，完成零件的加工。利用UG系統(tǒng)的后置處理器功能生成電吹風(fēng)型芯模所需要的NC代碼。選擇已生成的刀具路徑，選擇“工具”→“操作導(dǎo)航器”→“輸出”→“UG/后處理操作”命令。生成一個(gè)NC代碼的文本文檔。在實(shí)際加工中，根據(jù)工藝步驟，輸入合理參數(shù)，完全保證了加工品質(zhì)。

8 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用UG/CAM進(jìn)行電吹風(fēng)型芯模的數(shù)控加工，提高了零件加工精度和效率，通過完整的操作設(shè)置過程，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定規(guī)范的數(shù)控加工工藝路線，選用合理的加工參數(shù)，保障了零件的加工品質(zhì)，為數(shù)控加工編程積累了寶貴的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

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