李琦

（渤海船舶職業(yè)學院機電工程系，遼寧葫蘆島125000）

1 大型管體零件相貫線加工工藝分析

在管體類零件的加工中，兩垂直相交管體的相貫線加工是經(jīng)常遇到的情況，而且此類零件多采用臥式鏜銑床進行加工。由于相貫線部位是空間曲面，且形狀不規(guī)則，因此加工存在一定的難度。如果遇到相交管嘴的形狀不規(guī)則或有變形的情況，則相貫線的曲面加工更易出現(xiàn)過切或欠切等問題。在生產(chǎn)實際中對于這類零件主要應(yīng)采用數(shù)控加工的手段，用CAD/CAM 的方法加以實現(xiàn)。本文通過對UG 軟件的固定輪廓銑削功能進行介紹，并結(jié)合一個典型零件（如圖1所示）的實際加工情況，證明采用該方法進行管體相貫線曲面加工是行之有效的一種方法。

圖1 典型兩相交管體零件

2 UG 固定輪廓銑削簡介

UG 軟件的固定輪廓銑削是一種刀具沿曲面外形運動的加工類型，主要針對型腔面和復(fù)雜曲面零件的半精加工和精加工。加工時機床的X 軸、Y 軸和Z 軸聯(lián)動。它允許通過精確控制刀具軸和投影矢量以使刀具沿著非常復(fù)雜的曲面的復(fù)雜輪廓運動。

固定輪廓銑的刀具路徑是通過將驅(qū)動點投影至部件幾何體上來進行創(chuàng)建的。其中驅(qū)動點是從曲線、邊界、面或曲面等驅(qū)動幾何體生成的，并沿著指定的投影矢量投影到部件幾何體上。然后，刀具定位到部件幾何體以生成刀具路徑。

該銑削方式刀具路徑生成分兩個階段：先在指定的驅(qū)動幾何體產(chǎn)生驅(qū)動點，然后將這些驅(qū)動點沿指定的矢量方向投影到零件幾何表面形成接觸點。具體到實際加工時，首先要定義被加工的幾何體，然后指定合適的驅(qū)動方法、投影矢量與刀軸，再設(shè)置必要的加工參數(shù)，最后生成刀具路徑，并可以對刀具路徑進行模擬加工。驗證無誤后，通過后置處理生成NC 代碼就可以用于實際加工了。

3 編程步驟

3.1 創(chuàng)建操作

在建好零件模型后，進入UG 的“加工”模塊，在創(chuàng)建操作時選擇“mill_contour （型腔銑）”類型，再選擇“FIXED_CONTOUR（固定輪廓銑）”操作子類型，如圖2所示，點擊確定進入?yún)?shù)設(shè)置頁面。

圖2 建固定輪廓銑操作

圖3 參數(shù)設(shè)置頁面

3.2 加工參數(shù)設(shè)置

如圖3 所示的加工參數(shù)頁面，是進行刀具軌跡生成的主要設(shè)置頁面，可以進行以下內(nèi)容的設(shè)定：

（1）定義幾何體

本文所列舉的零件毛坯為整體鑄造的成型件，需要加工的位置為小管嘴及與大管相交的相貫線部位。為此，在進行相貫線部位加工時，可在“指定部件”一欄中將所加工的位置選擇為小管嘴錐面以下的部位，包含一段圓柱面與相貫線曲面兩個部分，如圖4 所示的高亮選中的部分。

為避免加工時傷及大管體，還可在“指定檢查”一欄中將大管體的表面拾取為“檢查面”。

（2）指定合適的驅(qū)動方法

圖4 定義加工幾何體

UG 固定輪廓銑設(shè)置的關(guān)鍵在于選擇合理的驅(qū)動方法，這也是該操作有別于其他操作的最主要的地方。兩管體相貫的圓弧過渡部分為一回轉(zhuǎn)體，根據(jù)其曲面形狀與復(fù)雜性，如本例中的加工場合可以將驅(qū)動方法選擇為“曲面”，在相貫區(qū)域的外側(cè)創(chuàng)建一個圓柱面將該區(qū)域整體包裹進去，并將該圓柱面選擇為“驅(qū)動幾何體”，如圖5 所示。

圖5 創(chuàng)建驅(qū)動面

在實際加工中，經(jīng)常會出現(xiàn)因毛坯制造精度、管體彎制過程中產(chǎn)生管件變形等情況，造成兩管在相貫區(qū)域處的曲面為非對稱形狀，理論模型與實際部件不一致，給加工制造帶來一定難度。特別是X 方向上過渡圓弧與大管相交的兩個腰部，處理不好經(jīng)常會出現(xiàn)刀具切入主管體的過切情況，造成工件報廢。為解決好該問題，此時可在“切削區(qū)域”指定方式中選擇“曲面百分比”方法，進入到如圖6 的頁面。通過前四欄選擇“起點-終點”的占整圓的百分比例，可控制圓周方向上不同的加工區(qū)域，如選擇0～50%，可實現(xiàn)上半圓弧的加工，選擇50%～75%則可實現(xiàn)左下部分區(qū)域的加工。通過對大量加工實踐的分析與驗證，采用上、下兩個半圓分開加工的方法是行之有效的，可以對與主管相交的兩腰部實現(xiàn)較好的加工效果。利用下兩欄“起始-結(jié)束步長”的百分比控制，選擇作為驅(qū)動體的圓柱面的投影區(qū)域，可實現(xiàn)在軸向上對切削區(qū)域的控制。可見，通過利用“曲面百分比方法”，能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)曲面上任意加工部位進行選擇，方便在實際加工中不斷進行修正與補加工，彌補因管件變形產(chǎn)生的問題。

圖6 曲面驅(qū)動方式參數(shù)設(shè)置

通過在驅(qū)動圓柱面上選擇“切削方向”，可以控制走刀方向為順時針還是逆時針，在“切削模式”中可選擇切削方法為單向走刀、往復(fù)走刀或是螺旋線走刀。在實際加工中，采用單向走刀方式較好，可以對所用的鏜銑床進行進給軸反向間隙補償，得到較好的加工精度，但加工效率不及往復(fù)式走刀高。此外，通過按數(shù)量方式給定“步距”可以調(diào)節(jié)加工時每個切削層的層高，在切削區(qū)域不變的情況下，步距數(shù)越多，每層的進刀量越小。一般粗加工可選擇較小的步距數(shù)，以提高加工效率，精加工選擇較大的步距數(shù)，以實現(xiàn)較高的加工精度。

“投影矢量”可用來定義驅(qū)動點投影到部件表面的方式和刀具要接觸的部件表面?zhèn)?，?qū)動點沿著投影矢量投影到部件表面上。因為驅(qū)動面選擇的是圓柱面，故最佳的投影矢量設(shè)置方法為“垂直于驅(qū)動體”。

（3）設(shè)置刀具、加工余量、切削速度等加工工藝參數(shù)

在刀具設(shè)置對話框可以對所選定的加工刀具進行設(shè)置，在“刀軌設(shè)置”一欄中可以直接選擇以前設(shè)置好的各種加工工藝參數(shù)方案，或是通過“切削參數(shù)”、“非切削移動”和“進給和速度”對話框進行臨時設(shè)置。此種操作和UG 其他的加工策略類似，在此不再贅述。

（4）生成刀具軌跡并進行加工模擬

在設(shè)置好各種加工參數(shù)后，就可以點擊“生成”按鈕來生成刀具軌跡，并利用UG 的刀軌校驗功能對所生成的刀具軌跡進行回放與模擬，如圖7 所示為利用采用圓形刀片的盤銑刀加工上相貫線的加工軌跡模擬圖。圖8所示為真實加工后的管嘴照片，可見其兩管相交的相貫曲面過渡自然光滑，加工效果較好。

圖7 刀具軌跡模擬

圖8 管嘴真實加工照片

4 結(jié) 語

利用UG 軟件的固定輪廓銑功能，可以較好地實現(xiàn)兩相交管體相貫線的數(shù)控加工，并且能夠應(yīng)對管件彎曲變形等不利因素，實現(xiàn)過渡曲面光滑平順的加工結(jié)果，在實際應(yīng)用中收到了良好的效果。

［1］ 楊寧寧.UG 數(shù)控加工案例解析［M］.北京：清華大學出版社，2010.

［2］ 金霞，楊曉京.基于UG/CAM 模塊固定軸曲面輪廓數(shù)控銑的研究［J］.機床與液壓，2007，35（11）：53－55.