林新貴，詹欣榮，易根苗

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 511483）

0 引言

四軸加工技術(shù)是指同時(shí)控制機(jī)床上四軸的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工。它主要用于加工具有復(fù)雜曲面的工件，與三軸聯(lián)動(dòng)加工相比，四軸加工更高效、更精密、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。模具中的分流芯桿，具有心形空間槽和半圓形空間槽的結(jié)構(gòu)，用三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床難于加工，采用UG 4.0軟件進(jìn)行建模和編程，并通過(guò)四軸數(shù)控銑床制造出高精度、高質(zhì)量的分流芯桿；無(wú)須鉗工修整，即可達(dá)到精度與技術(shù)要求。

1 分流芯桿的三維建模

1.1 分流芯桿結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析

圖1 分流芯桿設(shè)計(jì)圖

分流芯桿的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，此零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是： 在Φ76的圓柱體中有一個(gè)心形空間槽，槽深6mm，槽寬10mm；在Φ90的圓柱體中有一個(gè)半圓形空間槽，槽深7.5mm, 槽寬20mm；在半圓形空間槽上需加工兩通孔，材料為45#鋼。

分流芯桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)如圖2所示：

圖2 心形曲線圓周展開(kāi)圖

1.2 分流芯桿的三維建模

根據(jù)圖1和圖2中的有關(guān)參數(shù)和尺寸，半圓形空間槽及其上的孔較易構(gòu)建，心形空間槽的構(gòu)建步驟是先繪制相應(yīng)的特征點(diǎn)并構(gòu)造展開(kāi)曲線，然后將展開(kāi)曲線纏繞至Φ76圓柱面，最后通過(guò)截面沿導(dǎo)引線掃描得到心形空間槽，分流芯桿三維模型如圖3所示。

2 加工工藝方案設(shè)計(jì)

圖3 分流芯桿模型

毛坯的準(zhǔn)備：根據(jù)分流芯桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如圖1所示的零件除心形空間槽、半圓形空間槽及其上的通孔外的其它部分，應(yīng)該由數(shù)控車床完成加工，為了裝夾方便，毛坯預(yù)留工藝凸臺(tái)，四軸加工后切除。

機(jī)床的選擇：四軸加工選用的機(jī)床是大連機(jī)床集團(tuán)的VDF850四軸數(shù)控銑床，系統(tǒng)為華中22T，該機(jī)床在工作臺(tái)上附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)分度頭（A軸），機(jī)床最高轉(zhuǎn)速為8000r/min，機(jī)床加工精度為1mm，能滿足加工要求。

裝夾方式：VDF850是在工作臺(tái)上附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)分度頭（A軸）的四軸數(shù)控銑床。加工分流芯桿時(shí)采用旋轉(zhuǎn)分度頭進(jìn)行裝夾，采用一夾一頂?shù)姆绞健?/p>

加工工序：結(jié)合UG軟件的特點(diǎn)，采用如下表所示的加工工序。

工藝要點(diǎn)分析：

1）由于Φ90外圓對(duì)基準(zhǔn)A有同軸度要求，因此在裝夾零件時(shí)，必須保證精度。

2）心形空間槽形狀復(fù)雜，采用平底銑刀由上至下進(jìn)行開(kāi)粗，注意下刀位置要在參數(shù)表中的A位置。為了在加工較深位置時(shí)，防止下刀時(shí)引起側(cè)面的過(guò)切，側(cè)面選用較大的余量。

3）心形空間槽的加工策略，采用的刀具直徑與槽寬相同（當(dāng)然也可以不同），應(yīng)特別注意要在空間槽的端頭進(jìn)刀，不宜在空間槽的中間進(jìn)刀，因?yàn)樵摬壑苯佑绊懙椒至鞯目刂凭龋祟^只要有退讓空間就可以了。

4）心形空間槽的加工策略，先采用的較小刀具直徑進(jìn)行開(kāi)粗。

5）在加工Φ90的圓柱體中的半圓形空間槽時(shí)，先采用Φ10的立銑刀對(duì)Φ14的通孔加工，然后再進(jìn)行半圓形空間槽加工。加工半圓形空間槽時(shí),先采用Φ12的端銑刀進(jìn)行粗加工。

6）為了實(shí)現(xiàn)半圓空間槽中的R3圓角加工,分析和設(shè)計(jì)好刀具軌跡線非常重要。具體思路是：首先對(duì)半圓槽輪廓軌跡線的進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,然后將新生成的軌跡線作為驅(qū)動(dòng)曲線生成刀具軌跡。這是因?yàn)榇志庸にx用的刀具不同，半圓槽輪廓軌跡線長(zhǎng)度也不同，如選擇同一條刀具軌跡線將導(dǎo)致零件的過(guò)切。

7）在進(jìn)行半圓空間槽中的R3圓角加工時(shí),注意選擇刀具軌跡線的起始位置, 避免因?yàn)橄碌段恢貌缓侠矶鹆慵倪^(guò)切。（本例選在兩半圓弧連接線的中間位置下刀）

3 UG編程過(guò)程

3.1 編程準(zhǔn)備

首先將MCS加工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)在分流芯桿右端面回轉(zhuǎn)中心位置，使編程和加工時(shí)的坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，同時(shí)便于對(duì)刀。為了心形空間槽和半圓形空間槽編程過(guò)程中直觀的仿真，分別繪制出Φ76圓柱面和Φ90圓柱面幾何體作為加工的毛坯。

3.2 編程過(guò)程參數(shù)的選擇

分流芯桿中的心形空間槽和半圓形空間槽的編程分為粗精加工兩部分，均通過(guò)可變軸曲面輪廓銑的功能實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)方式均為“曲線”。它的編程過(guò)程需要兩個(gè)步驟：第1步從驅(qū)動(dòng)幾何體上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。第2步將驅(qū)動(dòng)點(diǎn)沿投影方向投射到零件幾何體上，產(chǎn)生刀具軌跡點(diǎn)，刀具跟隨這些點(diǎn)進(jìn)行加工。

3.3 后置處理

編程完成并仿真校驗(yàn)合格后就可以進(jìn)行后置處理，生成G代碼程序。必須根據(jù)所選用的機(jī)床類型和數(shù)控系統(tǒng)，在UG后處理構(gòu)造器中,選擇NC編碼所需的參數(shù)以及機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如機(jī)床、程序和刀軌、數(shù)據(jù)格式、列表文件和輸出控制及文件預(yù)覽等，來(lái)創(chuàng)建與加工條件相吻合的四軸后處理程序，然后才能進(jìn)行后置處理。

3.4 優(yōu)化程序

后置處理生成的程序可直接用于精加工，但因吃刀量過(guò)大不能直接用于粗加工，可通過(guò)下例(斜體)所示，用增加宏變量實(shí)現(xiàn)深度分層方式優(yōu)化程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的粗加工。

%0012

N0040 G00 G90 X-115.Y0.0 A0.0 S1200 M03

N0050 Z80

G01Z40.F800

#1=0(加工深度初始值為0)

WHILE#1LE6 （當(dāng)#1小于或等于6時(shí)，循環(huán)結(jié)束）

N0060 G01 Z[38-#1] F200.

N0070 X-115.265 A3.179F500

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用UG軟件進(jìn)行零件的建模，靈活運(yùn)用工藝策略，進(jìn)行數(shù)控編程；通過(guò)合理的加工工藝和機(jī)床操作，實(shí)現(xiàn)了分流芯桿的加工。零件輪廓清晰，加工精度和表面質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求, 實(shí)際的加工效果（末切除工藝凸臺(tái)）如圖所示。

[1] 黃毓榮,陳大治.UG NX4 高級(jí)銑應(yīng)用應(yīng)用技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社,2007.

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[4] 楊勝群,李海泳,趙明,李家永.UG NX4 數(shù)控加工實(shí)用教程[M].清華大學(xué)出版社,2006.

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