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        基于UG三維軟件下的數(shù)控五軸加工

        2015-04-02 12:38:44焦翠麗
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床葉輪曲面

        焦翠麗

        (江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 泰興 225400)

        基于UG三維軟件下的數(shù)控五軸加工

        焦翠麗

        (江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 泰興 225400)

        文章就數(shù)控五軸機(jī)床特點(diǎn)、數(shù)控五軸加工零件特點(diǎn)進(jìn)行分析,就如何運(yùn)用UG軟件實(shí)現(xiàn)五軸加工零件設(shè)計(jì)、加工仿真、后置處理等進(jìn)行闡述,指出五軸加工研究與運(yùn)用的重要性。

        UG;五軸;葉輪

        五軸加工一般用于較為復(fù)雜的零件曲面,如葉輪片、模具、螺旋葉片等具有復(fù)雜曲面且精度較高的零件,采用基于UG三維軟件下的建模、刀路形成及仿真加工能提高加工效率,確保零件加工質(zhì)量。

        1 特殊曲面形狀的零件加工分析

        特殊曲面形狀零件造型復(fù)雜多變且其工藝要求較高,如葉輪片在設(shè)計(jì)中需考慮空氣動(dòng)力學(xué)及液體動(dòng)力學(xué)對(duì)其的影響。在產(chǎn)品的形成中,設(shè)計(jì)與制造過(guò)程密不可分,如果采用簡(jiǎn)單的三軸數(shù)控銑床加工,常采用球頭刀具分層加工,但加工后的零件表面質(zhì)量較差,精度較低,實(shí)際使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣蝕破壞。所以特殊的曲面形狀的設(shè)計(jì)必須依靠三維軟件生成,并通過(guò)軟件的優(yōu)化最終形成理想的曲面形狀。實(shí)際加工中,軟件生成的程序及刀具軌跡(刀路)一般不受五軸數(shù)控機(jī)床的限制,其刀路安全性及加工可靠性要予以高度重視,較為常見(jiàn)的缺陷是過(guò)切或欠切以及刀具與機(jī)床、刀具與夾具體之間的干涉碰撞。解決的辦法可以采用試走刀試切削的方法予以修正,也就是刀具對(duì)臘毛坯或尼龍毛坯進(jìn)行真實(shí)切削,找出存在的問(wèn)題。一次的試切削不一定能完成加工,另外由于加工體不一樣,實(shí)際切削鋼件制品存在著新的問(wèn)題,所以試切削加工的效率極低。而采用UG仿真下的試加工,將夾具、刀具、工件等顯示出來(lái),通過(guò)刀路模擬,能安全快速地檢驗(yàn)加工過(guò)程的可靠性。

        五軸加工零件中最具代表性的曲面零件是三元葉輪。三元葉輪是指應(yīng)用三元流理論設(shè)計(jì)、制造的葉輪,三元葉輪在設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)期望的液體流場(chǎng)計(jì)算出葉輪形狀及相關(guān)幾何尺寸,采用任意曲面形狀的葉片,葉片在流動(dòng)和高度兩個(gè)方向是彎曲的,形成空間三維扭曲形狀,這種葉輪的葉片在空間上是扭曲的,與氣體的實(shí)際流動(dòng)更相適應(yīng),其工作效率與普遍葉輪相比更高。在設(shè)計(jì)中葉片多采用不可展開(kāi)的扭曲形狀直紋面,這種形狀只能采用五軸機(jī)床加工。相鄰葉片間距小,葉片間形成徑向變化的小通道,極易導(dǎo)致刀具與相鄰葉片間發(fā)生碰撞干涉,刀徑小導(dǎo)致刀具剛性不足,葉輪葉片較薄,加工時(shí)工件極易產(chǎn)生變形。三元葉輪的輪毅和葉片采用同一毛坯體上進(jìn)行整體加工,其曲面形狀復(fù)雜,曲面參數(shù)約束條件較多,加工難度大,加工過(guò)程中最易發(fā)生干涉現(xiàn)象,是五軸數(shù)控加工中的典型零件。

        2 五軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

        一般三軸加工中心工作臺(tái)可以執(zhí)行X及Y方的移動(dòng),保證工件的X和Y坐標(biāo)參數(shù),配以刀具上下Z方向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件頂面輪廓的加工。五坐標(biāo)是指在三軸加工中心基礎(chǔ)上,增加工作臺(tái)繞X軸和Y軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng),依靠新增的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)合刀具的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)工件五個(gè)頂面的加工。對(duì)于依靠立式主軸旋轉(zhuǎn)的五軸坐標(biāo)機(jī)床,在工件加工時(shí),主軸的旋轉(zhuǎn)配合刀頭的旋轉(zhuǎn)類同于人的手臂,其合成的運(yùn)動(dòng)可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)任意自由控制,在保證最優(yōu)級(jí)削狀態(tài)的同時(shí),有效地避免刀具與夾具及機(jī)床等的干涉。五軸數(shù)控機(jī)床因其加工時(shí)刀頭運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性,能使刀具刀刃與工件表面處于最佳接合切削狀態(tài),例如在采用球頭刀切削工件時(shí),能避免球頭刀底部一直切削,能順利地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面輪廓的加工。在加工中,由于采用一次裝夾,實(shí)現(xiàn)多表面,多工序一次加工,加工效率高,各表面間的位置精度也得到了保證。加工時(shí)刀具切削量均勻,刀具作用力恒定,加工后的零件曲面精度高,整體切削余量均勻,零件表面誤差小。

        3 UG軟件與五軸加工零件設(shè)計(jì)

        在復(fù)雜曲面零件設(shè)計(jì)中,采用UG三維軟件是最經(jīng)濟(jì)合理的手段。首先必須將曲面上每一條曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)值保存為dat格式的文件;然后在UG建模里選擇曲面樣條線,依據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)將多段樣條構(gòu)建出,生成葉片曲面中性而把葉根和葉頂曲線;再選擇構(gòu)造好的樣條曲線生成葉片曲面,將葉根曲線采用旋轉(zhuǎn)指令生成輪轂曲面;最后用構(gòu)造好的的葉片中性層曲面剪切毛坯實(shí)體,生成所需模型設(shè)計(jì)形狀。

        構(gòu)建好零件形狀后,需選擇刀具夾具,設(shè)計(jì)好刀具、夾具體形狀,這可以從庫(kù)中直接調(diào)用,也可以根據(jù)實(shí)際形狀進(jìn)行零件造型設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的目的是仿真及避免干涉。

        4 UG軟件與五軸加工

        UG軟件在加工零件前須實(shí)現(xiàn)仿真處理,并生成后處理程序。仿真運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)加工的可視化,對(duì)五軸加工過(guò)程進(jìn)行仿真驗(yàn)證一般過(guò)程是建立零件毛坯、夾具及刀具的實(shí)體模型,選擇加工模式,設(shè)定加工路線及加工參數(shù),進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)圖形仿真檢查加工路徑是否正確,加工過(guò)程是否順利,加工是否會(huì)發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。這種仿真加工快速安全可靠,有較強(qiáng)的實(shí)際模擬加工效果。

        仿真時(shí)可采用UG軟件對(duì)夾具工件等進(jìn)行三維造型及裝配,并可檢查裝配中的干涉問(wèn)題,靈活地運(yùn)用軟件數(shù)據(jù)庫(kù),調(diào)用不同的刀具夾具毛坯形狀,也為實(shí)際加工不同的零件提供了更多的方便快捷選擇,也可將新建立的模型導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件數(shù)據(jù)庫(kù),為后期加工和設(shè)計(jì)管理提供參照依據(jù)。

        模擬仿真成功后,就可以生成后置處理程序。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床結(jié)構(gòu)和控制指令格式,將前置處理中計(jì)算得到的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。

        在采用UG軟件進(jìn)行五軸加工時(shí),最為重要的是加工方式的選擇。例如葉片在五軸加工中,屬于薄壁件,且靠近頭部厚度值更小。在加工過(guò)程中,除了要分粗精加工外,整體加工要分開(kāi)處理,葉片圓頭部分可以單獨(dú)加工形成,輪轂也可采用其他加工方式單獨(dú)處理,而葉片圓頭和曲面要分開(kāi)加工,實(shí)現(xiàn)多次精加工成型。

        對(duì)UG軟件實(shí)現(xiàn)CAM輔助制造過(guò)程中,數(shù)控編程操作節(jié)點(diǎn)很重要,加工方式和加工路徑的不同選擇會(huì)產(chǎn)生細(xì)微或者較大的變化,在實(shí)際使用中,要予以區(qū)別。

        5 結(jié)語(yǔ)

        五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè),有著舉足輕重的影響力。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。每當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到無(wú)法解決的難題時(shí),往往轉(zhuǎn)向求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣,必將為中國(guó)成為世界最強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)!

        [1]馬武,李映平,楊錦斌.淺析五軸加工中心數(shù)控編程技巧[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2009,(2).

        [2]燕紅波,楊慶東,劉芳.五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2007,(5).

        [3]羅中華.多軸銑削定位加工手工數(shù)控編程的研究[J].機(jī)械工程師,2009,(1).

        Five-axis NC Machining based on UG 3D Softwares

        JIAO Cui-li
        (Jiangsu Taixing Secondary Polytechnic School,Taixing,Jiangsu 225400,China).

        The paper made an analysis on the characteristics of five-axis nc machine tools and the characteristics of CNC five-axis machining parts characteristics,and made an elaboration on how to use UG software to realize the design for five-axis machining parts,simulation and post processing,and pointed out the importance of the researches and application of five-axis machining.

        UG;five-axis;impeller

        TG659

        A

        2095-980X(2015)02-0078-01

        2015-01-14

        焦翠麗(1984-),女,江蘇泰興熱,大學(xué)本科,主要研究方向:數(shù)控技術(shù)。

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