潘強(qiáng) 馬海波

摘要：應(yīng)用UG10.0自動(dòng)編程軟件編程，針對(duì)多規(guī)格尺寸孔、交叉孔及斜面孔等，采用1把數(shù)控銑刀，利用螺旋銑削的方法，高效、快速地完成程序編制和零件孔的加工，本方法不僅可以大大縮減刀具的使用數(shù)量，同時(shí)通過示例模擬切削比較，也大大降低了生產(chǎn)用時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，且孔壁表面質(zhì)量更好，孔及孔位精度更高。

關(guān)鍵詞： UG10.0;高速螺旋銑;改公差;添指令;螺旋直徑;自動(dòng)編程

中圖分類號(hào)： TG54 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-8153（2019）04-0073-04

0 引言

在汽車零部件加工中，經(jīng)?？梢耘龅酵涣慵显O(shè)計(jì)有幾種甚至多達(dá)幾十種規(guī)格尺寸的孔，零件傾斜面上設(shè)計(jì)有軸線非垂直于斜面上的孔，零件上設(shè)計(jì)有2孔或多孔交叉構(gòu)成的型腔（即交叉孔）。對(duì)于這類零件我們一般優(yōu)先采用數(shù)控銑床或加工中心設(shè)備，運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)固化的孔鉆削加工循環(huán)指令如：G81/G83等進(jìn)行程序編制。但是由于孔的規(guī)格尺寸偏多，準(zhǔn)備與之匹配的鉆頭、鉸刀等刀具也偏多，從而大大拉長(zhǎng)了刀具選換使用過程周期。針對(duì)斜面孔、交叉孔加工，往往采用銑削工藝先行輔助或?qū)Ｓ霉ぱb夾具才能完成加工任務(wù)和技術(shù)要求。整個(gè)生產(chǎn)過程備刀多、換刀多，生產(chǎn)效率低，且孔及孔位質(zhì)量與精度也難于保證。

鑒于此，本文提出一種應(yīng)用UG10.0自動(dòng)編程軟件，針對(duì)多規(guī)格尺寸孔、交叉孔、斜面孔等，采用一把數(shù)控銑刀，利用螺旋銑削的方法，高效、快速地完成零件孔的銑削加工。

1 高速螺旋銑削簡(jiǎn)介

UG10.0中高速螺旋銑削是一種直接利用螺旋式下刀切入，對(duì)孔進(jìn)行銑削加工的一種自動(dòng)編程方法[1]，其具有轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給快、不抬刀（銑削未完成前）、不換刀等特點(diǎn)。其主要對(duì)象為孔類，尤其是在如圖1所示的多規(guī)格尺寸孔、斜面孔、交叉孔加工方面，效率極高、精度極好、質(zhì)量極佳，非常具有工程應(yīng)用推廣價(jià)值。

2 高速螺旋銑削適用對(duì)象

（1）適用對(duì)象1：規(guī)格尺寸偏多的孔類零件，且孔尺寸最好介于1～2倍刀具之間，如圖2所示，該零件共計(jì)設(shè)置7個(gè)孔位（左1單列1行，列2-4分為2行，上下為螺旋中心是否偏離孔中心切削軌跡對(duì)比），列數(shù)1為1倍刀徑孔，列數(shù)2為1.5倍刀徑孔，列數(shù)3為2倍刀徑孔，列數(shù)4為3倍刀徑孔。經(jīng)軟件編程編程仿真得出以下結(jié)論：

1倍徑孔加工需特殊處理。因1倍刀徑孔螺旋直徑為0不能生成螺旋軌跡，若孔基準(zhǔn)尺寸增加0.05mm以上且內(nèi)/外公差設(shè)置值為0.001以下，經(jīng)軟件計(jì)算才能生成螺旋軌跡;

1.5～2倍徑孔加工可控，只要把握好螺旋直徑的設(shè)置值（孔徑-刀具直徑）均可正常切削完成加工，把握不好會(huì)出現(xiàn)圖2中所示螺旋中心偏離孔中心而出現(xiàn)螺旋切屑完畢后壁余量過大，最后一次清壁加工時(shí)易出現(xiàn)斷刀事故。

3倍徑孔加工不好把控，加工過程中會(huì)出現(xiàn)1.5～2最后清壁余量大而斷刀的情況;另一參數(shù)設(shè)置也可能出現(xiàn)為1環(huán)槽銑削加工，也易出現(xiàn)斷刀事故。

（2）適用對(duì)象2：設(shè)置于斜面上的孔類零件，該類孔加工采用傳統(tǒng)的加工工藝為銑平面—中心孔—鉆孔等共計(jì)3序（暫不考慮擴(kuò)或鉸加工）或采用專用鉆削工裝夾具輔助導(dǎo)向鉆削加工完成，而采用螺旋銑削則可以一序加工到位。

（3）適用對(duì)象3：具有孔位交叉重合的零件，該類零件一般為鉆削加工完整孔位銑削加工不完整孔位或是采用專用鉆削工裝夾具輔助導(dǎo)向鉆削加工完成，而采用螺旋銑削則可以一個(gè)交叉孔對(duì)象進(jìn)行1次螺旋銑削加工完成，不存在切削壁余量不均勻而尺寸移位現(xiàn)象。

（4）適用對(duì)象4：設(shè)置有沉頭孔的零件，且沉頭直徑/孔徑≤3（原因分析參考適用對(duì)象1中的原因分析），傳統(tǒng)的方法沉頭在孔鉆削完成后進(jìn)行锪孔處理或是直接使用臺(tái)階鉆加工完成，而采用螺旋銑削則可以分沉頭和孔各1次螺旋銑削加工完成。

3 高速螺旋銑參數(shù)設(shè)置

如圖3所示，其為利用UG10.0CAM軟件編制高速螺旋銑削程序的主模式（型腔銑）選擇、參數(shù)設(shè)置步驟與設(shè)置值，具體參數(shù)設(shè)置及說明參見表1。

4 高速螺旋銑削精度控制方法

（1）改公差：提高軟件切削參數(shù)中的內(nèi)/外公差等級(jí)，根據(jù)DDA數(shù)控插補(bǔ)原理，公差越小，刀軌擬合軌跡樣條精度就越高，理論形狀軌跡就越接近，零件的形狀精度更佳，表面質(zhì)量也更好。

（2）添指令：針對(duì)Fanuc數(shù)控系統(tǒng)，需要添加G05.1（AI先行控制/AI輪廓控制）指令，它是以高速高精度加工為目的預(yù)讀程序段功能，AI先行控制最多可以預(yù)讀20個(gè)程序塊，AI輪廓控制最多可以預(yù)讀40個(gè)程序塊，并進(jìn)行插補(bǔ)前加速/減速，由此可順利實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序塊之間的加速/減速，進(jìn)行更加高速的加工。通過使用本功能，可以有效控制在進(jìn)刀速度加快時(shí)變大、加速/減速的遲延以及伺服系統(tǒng)的遲延，由此來減少加工形狀的誤差。具體做法：位置記錄開始時(shí)添加G05.1 Q1（ON）使之功能激活，位置記錄結(jié)束時(shí)添加G05.1 Q0（OFF）使之功能結(jié)束。

5 高速螺旋銑削加工注意事項(xiàng)

高速螺旋銑削加工一般需要把握好311（即“三設(shè)置一處理一選用”）原則，具體如下：

（1）螺旋直徑的設(shè)置，一般遵循原則：螺旋直徑=加工要求孔徑-刀具直徑，否則極易出現(xiàn)螺旋中心與孔中心不一致，容易出現(xiàn)孔側(cè)壁余量不均，刀具會(huì)因切削力突然增大而斷刀。

（2）最小斜面長(zhǎng)度設(shè)置，一般遵循的原則：設(shè)置值與螺旋直徑一致，當(dāng)大于螺旋直徑時(shí)會(huì)出現(xiàn)“螺旋進(jìn)刀直徑必須大于等于最小斜面長(zhǎng)度”警示對(duì)話框，造成無法生成刀軌;當(dāng)小于螺旋直徑會(huì)出現(xiàn)壁余量過大，最后一次清壁加工時(shí)因一次去除材料體積過大造成切削力過大而斷刀。

（3）螺旋斜坡角的設(shè)置，一般遵循的原則：生成的螺旋刀軌兩圈之間距離0.25-0.5 mm左右即可。坡角設(shè)置過大會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給迅猛，單位時(shí)間內(nèi)去除材料體積偏大造成切削力大而斷刀，坡角設(shè)置過低會(huì)出現(xiàn)刀具與材料始終處于親密接觸干摩擦狀態(tài)，摩擦產(chǎn)生的高溫會(huì)加劇刀具的磨損，影響刀具的使用壽命。

（4）切屑的急排處理，因螺旋式切削完成之前刀具是無抬刀動(dòng)作的，那么切削產(chǎn)生的鐵屑如果不能從孔內(nèi)及時(shí)排除，積屑與刀具摩擦?xí)a(chǎn)生高溫，從而使積屑燒結(jié)于孔壁影響孔的表面質(zhì)量與精度，同時(shí)沖擊切削力也極易造成刀具的側(cè)刃的崩刃，加劇刀具的磨損。

（5）冷卻方式的選用，為了更好地有效解決切削過程中切屑在孔內(nèi)的停留，因整個(gè)加工過程中孔基本上為盲孔狀態(tài)，故不宜選用液冷，而宜選用高壓氣體的冷卻方式。較之液冷，其在切屑及時(shí)排放需求下與主軸高速旋轉(zhuǎn)方式下冷卻效果會(huì)更佳一些。

6 編程實(shí)例

如圖1，毛坯為右方已倒斜角的塊料，材料為45#鋼。

該零件上設(shè)置了直徑從10 mm-20 mm，共計(jì)11種尺寸規(guī)格的孔（所有加工孔位公差取上偏差+0.05 mm），其中包含1處交叉孔、3處斜面孔。如果選用直徑為Φ10 mm的數(shù)控直立銑刀，孔的尺寸介于1～2倍刀具之間。

如果使用傳統(tǒng)的鉆削加工工藝方法，大概需要換刀15次左右（其中銑沉頭、斜面鉆削工藝面共用1把刀A，鉆工藝孔為1把中心鉆B，鉆孔11把麻花鉆C-M，交叉孔1個(gè)擴(kuò)銑1把刀A，整體孔口倒角1把刀N），以加工中心換刀20秒/次計(jì)，換刀共計(jì)需要15s*16=240s=4min;以平均進(jìn)給100mm/min，單孔切屑完成大概用時(shí)40mm100mm/min=0.40min（35mm含工藝孔和鉆孔深度軌跡），所有孔加工完成用時(shí)為0.4min*14=5.6min，整體需要9.6min左右。

如果采用高速螺旋銑削方式，選用一把直徑為10mm的四刃平底直柄立銑刀即可，經(jīng)用NC Viewer軟件模擬加工時(shí)間為6.35min（轉(zhuǎn)速S=2992r/min，進(jìn)給F=0.15*4*2992=1795.2mm/min，斜坡角1.5度），程序如下（節(jié)選）：

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)鉆孔工藝相比，螺旋銑孔采用了完全不同的加工方式。螺旋銑孔過程由主軸的自轉(zhuǎn)和主軸繞孔中心的公轉(zhuǎn)2種運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成[2]。結(jié)合圖1所示零件加工，應(yīng)用高速螺旋銑削方式，安裝一把刀具即可完成所有孔的加工，不需要反復(fù)換刀，不需要進(jìn)行零件翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高效、高精、高質(zhì)量的加工目的，通過軟件對(duì)刀軌進(jìn)行仿真切削用時(shí)對(duì)比，后者生產(chǎn)效率可以提高0.5倍以上，具有深遠(yuǎn)的工程應(yīng)用推廣價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]蔣悅情.淺談螺紋的銑削加工[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2010（09）：79.

[2]戚寶運(yùn)，王俊祥.螺旋銑孔技術(shù)的原理及其應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2013（07）：11.

Abstract：This paper presents an automatic programming software UG10.0， which uses a numerical control milling cutter for multi-size holes， cross holes and inclined holes. By means of spiral milling， the programming and processing of part holes can be completed efficiently and quickly. The number of tools used can be greatly reduced， and at the same time， the production time is greatly reduced， the production efficiency is improved， and the surface quality of the hole wall is better， and the accuracy of hole and hole position is higher， compared with simulated cutting by examples.

Key words： UG10.0; high-speed helical; milling tolerance; add instruction; helical diameter; automatic programming