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        基于UG的數(shù)控多軸加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

        2022-06-09 14:13:58張志朋
        黑龍江科學(xué) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:工藝

        張志朋

        (哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院,哈爾濱 150040)

        1 基于UG的數(shù)控多軸加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方式

        1.1 四軸聯(lián)動(dòng)加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

        每行加工坐標(biāo)不高于4的加工工藝即為四軸聯(lián)動(dòng)加工,其應(yīng)用的加工坐標(biāo)較少,因而會(huì)對(duì)零件刀路生成產(chǎn)生一定的限制。利用四軸聯(lián)動(dòng)加工方式加工陀螺零件時(shí),距離加工路徑較遠(yuǎn)的刀具可能會(huì)撞擊工件,導(dǎo)致刀桿失穩(wěn)現(xiàn)象,降低零件加工品質(zhì)??稍赨G軟件的插補(bǔ)矢量功能基礎(chǔ)上,對(duì)不包含邊界位置在內(nèi)的其他矢量進(jìn)行刪除,將零件旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°,點(diǎn)擊F8鍵,單擊鼠標(biāo)左鍵以完成旋轉(zhuǎn)軸的固定,利用鼠標(biāo)調(diào)整零件旋轉(zhuǎn)位置,點(diǎn)擊其他矢量,確定視圖方向圖表,在任意空間位置處完成刀軸控制。此外,可在UG軟件的插值-光順功能輔助下,消除數(shù)控機(jī)床加速運(yùn)行時(shí)因速度變化不一所導(dǎo)致的刀具軌跡過度光滑的弊端,解決刀具及工件間的碰撞干涉問題。

        1.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

        五軸聯(lián)動(dòng)加工方式是以五軸聯(lián)動(dòng)加工設(shè)備為核心,在其可變軸曲面輪廓功能基礎(chǔ)上完成陀螺零件加工,驅(qū)動(dòng)方式以曲面區(qū)域選擇為主,以適合的刀軸為投影矢量,確保刀軸與驅(qū)動(dòng)體保持垂直,通過向部件或驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行插補(bǔ)角度調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工刀路的生成。應(yīng)用五軸加工工藝時(shí),刀具及工件間的碰撞干涉問題仍然存在。因此,可借助UG軟件的插補(bǔ)矢量功能,結(jié)合四軸聯(lián)動(dòng)加工工藝優(yōu)化流程,在零件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)至180°、F8鍵點(diǎn)擊完成后,通過鼠標(biāo)移動(dòng),將位于區(qū)域邊界處的刀軸矢量方向調(diào)整至刀具處,此種優(yōu)化方式刀具及工件之間不會(huì)產(chǎn)生碰撞干涉問題。利用五軸聯(lián)動(dòng)加工工藝及設(shè)備加工復(fù)雜的葉輪葉片時(shí),可基于UG軟件的專用葉片加工模塊,確保五軸聯(lián)動(dòng)加工刀路的快速生成。

        2 基于UG的數(shù)控多軸加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)案例

        2.1 數(shù)控多軸加工工藝

        某風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以硬鋁2A12作為葉輪制作材料,葉輪結(jié)構(gòu)為螺旋升角狀直紋面回轉(zhuǎn)體,軸向?qū)挾葹?.0 cm,最小曲率為R5。共有15個(gè)葉片,厚度范圍介于0.18~0.32 cm,形狀精度誤差應(yīng)控制在0.3 mm之內(nèi)。受到葉輪運(yùn)行環(huán)境的影響,可選用直徑為30.2 cm、長(zhǎng)約12.2 cm的棒型硬鋁作為加工毛坯??衫秒p輪盤結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床作為加工基礎(chǔ),精加工使用10.0 mm直徑的立銑刀,精加工利用直徑為6 mm的球頭銑刀。確保主軸方向與水平面呈90°,升高工件裝夾位置,以免刀具運(yùn)行時(shí)碰觸夾具。

        2.2 基于UG軟件構(gòu)建零件三維模型

        因葉片曲面形狀加工難度大、加工線路復(fù)雜,需要基于UG軟件構(gòu)建零件的三維模型。結(jié)合工藝規(guī)劃位置,依據(jù)夾緊方案確定的參數(shù),基于UG軟件的虛擬裝配功能,遵循由下至上的設(shè)計(jì)原則,完成包含過渡毛坯、夾具及組件的完整性幾何模型。參數(shù)化建模過程中,添加床身組件,依次添加Y軸、X軸、Z軸,最后添加A軸、C軸組件,以完成建模(如圖1)。

        圖1 基于UG軟件構(gòu)建的組件幾何模型Fig.1 Component geometric model based on UG software construction

        2.3 數(shù)控編程

        確定程序組。以各個(gè)加工操作的排列順序?yàn)榛A(chǔ),運(yùn)用系統(tǒng)配備的程序組管理控制各個(gè)加工操作環(huán)節(jié)。

        加工模式選擇。根據(jù)所選刀具類型,對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。精加工時(shí),以風(fēng)機(jī)葉輪尺寸為依據(jù),選用與立銑刀匹配的型腔銑加工模式。半精加工輪轂與葉片時(shí),應(yīng)選用與球頭銑刀匹配的深度五軸銑加工模式,消除殘余加工量。精加工輪轂、葉片及清角加工時(shí),可選用基于球頭銑刀的可變軸曲面輪廓銑加工模式。

        加工坐標(biāo)系創(chuàng)建。設(shè)定好刀具參數(shù)后,進(jìn)入加工坐標(biāo)系的創(chuàng)建環(huán)節(jié)。前傾角參數(shù)應(yīng)以5.0為宜。為確保刀具可完成所有葉面加工,防止刀具與工件產(chǎn)生碰撞,應(yīng)令側(cè)傾角比螺旋升角略大。為加強(qiáng)刀軌數(shù)量控制效果,提高葉面加工質(zhì)量,應(yīng)利用“殘余高度”取代曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法中的“數(shù)量”。

        創(chuàng)建加工方法組。加工方法組的創(chuàng)建應(yīng)以加工模數(shù)的切削參數(shù)為基礎(chǔ),按照粗加工、半精加、精加工的順序進(jìn)行。如精加工時(shí)部件余量及公差分別為0.6 mm與0.3 mm,應(yīng)在加工程序明確、加工參數(shù)設(shè)定完成后,利用UG軟件進(jìn)行刀路軌跡的生成,對(duì)二維刀路進(jìn)行仿真分析。

        3 基于UG的數(shù)控多軸加工工藝精度的可靠性處理

        3.1 仿真準(zhǔn)備

        仿真運(yùn)動(dòng)部件創(chuàng)建。利用UG軟件應(yīng)用模塊中的機(jī)床構(gòu)建器創(chuàng)建主軸、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、工件安裝部件等五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真運(yùn)動(dòng)部件,完成加工機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真體系的構(gòu)建。

        創(chuàng)建仿真組件連接點(diǎn)、軸。以上一環(huán)節(jié)構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)仿真體系為基礎(chǔ),創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真組件連接點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)軸,以運(yùn)動(dòng)仿真連接點(diǎn)作為坐標(biāo)系統(tǒng),確保各運(yùn)動(dòng)組件可有效連接,利用運(yùn)動(dòng)軸調(diào)整機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)幅度,實(shí)現(xiàn)方向控制。

        后置處理文件創(chuàng)建與存儲(chǔ)。完成連接點(diǎn)、軸創(chuàng)建之后,基于UG軟件的文件創(chuàng)建工具創(chuàng)建后置處理文件,將軸限制的最大及最小值分別設(shè)定為120與-100,機(jī)床與軸中心之間的軸偏置設(shè)置為0,將此文件保存在五軸加工文件夾目錄下。以記事本格式打開安裝文件,對(duì)后置處理文件進(jìn)行添加與存儲(chǔ)。點(diǎn)擊機(jī)床視圖選項(xiàng),彈出庫類選擇對(duì)話框之后,向模型庫中引入已設(shè)計(jì)完成的機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型,進(jìn)行機(jī)床裝載。

        3.2 加工與處理

        完成機(jī)床裝載之后,進(jìn)行精加工、半精加工、精加工輪轂與葉片,并進(jìn)行仿真,利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床后置處理器完成后置處理?;赨G應(yīng)用環(huán)境,選擇工序?qū)Ш狡?,點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)操作按扭,調(diào)取處理對(duì)話框,在處理列表中選中五軸后置處理器新建選項(xiàng),將彈出的輸出框選中后點(diǎn)擊確定。完成五軸加工后置處理程序獲取之后,以記事本格式進(jìn)行文件啟動(dòng),生成風(fēng)機(jī)葉輪五軸加工程序片段。

        4 結(jié)語

        數(shù)控多軸加工設(shè)計(jì)中,應(yīng)有效利用UG軟件,通過傾角及高度參數(shù)的合理設(shè)定,有效規(guī)避多軸加工時(shí)刀具與工件之間的碰撞干涉問題,實(shí)現(xiàn)高效加工。

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