宋祎華++張京昌

摘 要：隨著科技水平的提高，基于UG的碗形曲面數(shù)控加工技術(shù)在我國制造業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛。其中，UG軟件作為一種常用的CAM/CAD軟件，通常用于自由曲面的數(shù)控自動(dòng)編程加工過程中。為此，主要對(duì)基于UG環(huán)境下的碗形自由曲面的粗加工與精加工方法進(jìn)行了研究，并對(duì)具體的切削參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，并對(duì)碗形曲面的數(shù)控加工進(jìn)行了驗(yàn)證，以此為碗形曲面數(shù)控加工操作提供參考意見。

關(guān)鍵詞：碗形曲面；UG；數(shù)控加工；技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.14.099

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，制造業(yè)也在時(shí)代背景下蓬勃興起。與此同時(shí)，具有自由曲面特點(diǎn)的零件種類與日俱增，且在航太、模具、船舶等工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也日趨廣泛，考慮到越發(fā)激烈的市場競爭環(huán)境，人們對(duì)產(chǎn)品所具備的功能要求也日益提升。很明顯，曲面的高效加工成為了決定企業(yè)競爭力的關(guān)鍵性因素，這就對(duì)自由曲面的加工工藝水平提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，而傳統(tǒng)的曲面加工方法顯然已經(jīng)無法滿足制造業(yè)生產(chǎn)的需要，此時(shí)，基于UG的自由曲面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)正在全球興起。因此，對(duì)碗形曲面的加工方法進(jìn)行探究尤為必要。

1 基于UG的碗形曲面加工方法研究

為了提升碗形曲面的加工品質(zhì)，在此通過與UG不同加工特點(diǎn)及方法的結(jié)合，對(duì)曲面加工進(jìn)行了建模嘗試，然后對(duì)加工策略進(jìn)行設(shè)置，從而獲取曲面的UG仿真圖，最后經(jīng)過軟件分析（NC sentry）對(duì)曲面加工后的各項(xiàng)參數(shù)加以確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)加工作業(yè)。

1.1 粗加工的方法

（1）等高外形層切法。這種技術(shù)方法主要是在加工時(shí)通過對(duì)曲面外型的圍繞產(chǎn)生逐層狀的梯田式粗切削路徑，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)碗形曲面的加工作業(yè)。

（2）環(huán)繞法。這種方法指的是在進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)，刀具會(huì)自中心或是外圍處起始，對(duì)曲面形成等間距環(huán)繞式的刀具路徑，并依此路徑對(duì)整個(gè)曲面進(jìn)行加工。

（3）曲面流線法。這種方法是指在加工時(shí)順著曲面的流線方向形成粗切削的刀具路徑，適合用于曲面流線十分明顯的自由曲面。

（4）放射法。即通過形成圓周形的放射狀加工路徑，進(jìn)行曲面加工作業(yè)，適用于圓形曲面的加工操作。

針對(duì)以上四種碗形曲面的粗加工方法進(jìn)行分析：從質(zhì)量角度出發(fā)，曲面流線和放射法的加工效果最佳，然而放射法中的刀具路徑加工時(shí)長較為漫長，導(dǎo)致工作效率較為低下，通常情況下，放射法耗時(shí)在等高外形法的3倍之上；從加工效率角度出發(fā)，采用等高外形層切耗時(shí)短、效率高、質(zhì)量優(yōu)。

1.2 精加工的方法

在進(jìn)行碗形曲面的精加工過程中，選取等高外形、放射、流線以及環(huán)繞等距的精加工方法，對(duì)曲面進(jìn)行加工，與粗加工方法不同的地方在于，精加工方法采取的刀具為球刀。與此同時(shí)，在這四種精加工的加工方法中，等高精加工的作業(yè)時(shí)間較長，表面較為粗糙，效率較低；放射精加工的曲面表層粗糙度自上而下，從光滑變?yōu)榇植冢涣骶€和環(huán)繞式的精加工方法，曲面表層粗糙度低，相較于其它兩種精加工的方法而言，這兩者的加工效果更好。并且在采取流線法的精加工作業(yè)時(shí)，還可采用等殘留高度的方法對(duì)道具的軌跡加以控制，確保曲面表層的粗糙度合乎規(guī)定要求，且在加工效率方面也更為出色，以此收獲令人滿意的精加工效果。

1.3 方法討論

在通過UG軟件對(duì)各種加工方法進(jìn)行仿真加工設(shè)計(jì)時(shí)，通過仿真圖和加工效果的比較，證明：在粗加工時(shí)，需重點(diǎn)考慮曲面的加工效率，再次選擇等高外形的加工方法；在精加工時(shí)，需重點(diǎn)考慮曲面的加工質(zhì)量，并且兼顧加工效率，因此采取流線法的精加工方法，同時(shí)采取等殘留高度的方法，完成曲面加工刀具的生成軌跡。

2 設(shè)置具體的切削參數(shù)

在確定加工方法后，需要對(duì)加工中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行明確設(shè)置，主要包括了刀具種類、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、下刀速度、提到速度、安全速度、退刀速度、進(jìn)給高度、加工余量、公差和最大下刀量這些參數(shù)值的確認(rèn)，然后分別對(duì)粗加工（等高外形層切法）和精加工（流線法）的以上參數(shù)加以設(shè)置，方能展開實(shí)際加工作業(yè)。

3 基于UG的碗形曲面加工檢驗(yàn)

在此之前，本文已以UG仿真模塊對(duì)碗形曲面的加工進(jìn)行了三維模型構(gòu)建，并對(duì)切削參數(shù)和刀具選擇進(jìn)行了初步了解。并在采用UG軟件對(duì)不同加工方法進(jìn)行了仿真圖繪制及參數(shù)設(shè)置后，得出了曲面的不同加工方法，然后需要在車間的機(jī)床上加以實(shí)際驗(yàn)證。此時(shí)，需借助UG軟件的后處理技術(shù)生成加工程序代碼，并采取合理的傳輸方式，使數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)傳送至加工數(shù)控中心，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)碗形曲面的實(shí)際加工檢驗(yàn)，并對(duì)加工后的曲面質(zhì)量加以確認(rèn)。

3.1 選擇數(shù)控機(jī)床

通過對(duì)加工零件圖進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并對(duì)刀具的干涉狀況加以檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑削刀具在加工時(shí)未出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，因此，在進(jìn)行數(shù)控加工檢驗(yàn)時(shí)，選擇三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑削方式對(duì)曲面加工加以驗(yàn)證。

3.2 碗形曲面的加工流程

由數(shù)控加工程序控制的加工參數(shù)在實(shí)際作業(yè)中，必須經(jīng)過不斷地修改、試驗(yàn)和再試驗(yàn)過程，以此達(dá)到最佳的加工效果?；赨G碗形曲面的數(shù)控加工流程為：UG三維零件建模→自由曲面加工方式選擇→加工參數(shù)→刀具選擇→UG仿真加工→若合理（不合理返回重來）則可后處理生成NC代碼→程序傳輸→最后數(shù)控加工。

3.3 運(yùn)用UG軟件進(jìn)行三維零件的建模

采用NX5.0，依據(jù)圖紙信息及相關(guān)參數(shù)設(shè)置，使用軟件繪圖工具構(gòu)建曲面的三維模型。

3.4 選擇刀具，確認(rèn)切削參數(shù)

依據(jù)上述方案選取，對(duì)刀具類型和加工參數(shù)加以確認(rèn)。在進(jìn)行粗加工時(shí)，采取等高外形法，選擇D16型的立銑刀，此時(shí)，螺旋下刀的角度為20度，采用順銑方式進(jìn)行加工作業(yè)；在精加工時(shí)，采取流線式等殘留高度法，選擇R5型的球頭銑刀，進(jìn)行加工。同時(shí)，對(duì)加工時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3.5 軟件處理，程序生成

在此，運(yùn)用UG軟件后處理技術(shù)，對(duì)加工程序進(jìn)行代碼生成。

3.6 傳輸程序

UG軟件具有在線傳輸數(shù)據(jù)的功能，RS232接口、DNC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PCMCIA儲(chǔ)存卡等均為常見的數(shù)據(jù)傳輸方法。其中，RS232的串口通信法最為成熟好用。此外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溄幼鳂I(yè)時(shí)，需注意電腦側(cè)為9芯的串行接口，而機(jī)床側(cè)為25芯的串行接口。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)線的9孔插頭接口需和計(jì)算機(jī)COM1或是COM2（即插座）相連接；而25針的傳輸數(shù)據(jù)線串行插頭接口需和數(shù)控中心處的25芯接口相連接。

數(shù)據(jù)傳輸中需要注意的事項(xiàng)：（1）采取雙膠線的通訊電纜，提高抗干擾性；（2）禁止帶電狀態(tài)下，對(duì)端口插頭進(jìn)行插拔，以防造成通信接口的損壞；（3）傳輸距離需控制在30m范圍以內(nèi)；（4）計(jì)算機(jī)和加工中心需保持通訊參數(shù)設(shè)置的一致性。

3.7 加工驗(yàn)證

（1）對(duì)粗加工和精加工的仿真時(shí)間加以確認(rèn)；（2）在實(shí)際驗(yàn)證操作中，需根據(jù)設(shè)備實(shí)際狀況加以適當(dāng)調(diào)整，主要是進(jìn)給量倍率的調(diào)整，從而得出粗加工和精加工的實(shí)際加工時(shí)間；（3）在加工完成后，以糙度樣板對(duì)碗形曲面零件表面的粗糙度加以比對(duì)，確保工件表層均勻一致，表面質(zhì)量合乎要求標(biāo)準(zhǔn)。

4 總結(jié)

綜上所述，本文通過對(duì)基于UG的碗形曲面數(shù)控加工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，獲得以下成果：（1）采取UG軟件對(duì)碗形曲面的加工進(jìn)行了仿真模型的構(gòu)建；（2）對(duì)切削參數(shù)和刀具選取進(jìn)行了確認(rèn)；（3）明晰了碗形曲面的具體加工流程；（4）對(duì)數(shù)據(jù)傳輸方法進(jìn)行了初步了解；（5）對(duì)碗形曲面的加工質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)。以此為基于UG的碗形曲面數(shù)控加工技術(shù)提供參考意見。

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