基于UG/CAM的典型零件加工

葛菊英，章紅梅

（南京鐵道職業技術學院 蘇州校區，江蘇 蘇州 215173）

Unigraphics（簡稱 UG）是集 CAD/CAM/CAE/CAID一體化的三維參數化的集成高端軟件，CAD功能實現了目前制造業中常規的過程技術、設計、繪圖功能的自動化，CAM功能則為使用Unigraphics設計模型描繪完成的現代機器工具提供NC編程技術。

利用UG/CAM功能加工較大的復雜曲面，其加工模組（Manufacturing Module）有銑削、鉆削、車削和線切割的制作和后處理，提供很多加工方法，產生刀具路徑、模擬加工、建立刀具位置原始文件（CLSF），并經后處理器產生NC碼，最后將NC碼傳入NC機器中，實施加工，得到所需的產品。系統可提供多種加工類型，用于各種復雜零件的粗加工、半精加工和精加工，可根據零件結構、加工表面形狀和加工精度要求，選擇合適的加工類型。

1 加工電吹風型芯模型

電吹風產品如圖1所示，出風口連接處倒R0～R10mm的變圓角，表面粗糙度3.2，由主體、出風口、手柄、分型面、鍵槽等部分組成。

圖1 電吹風產品圖

電吹風型芯模型如圖2，材料為NAK80模具鋼件，時效硬化37～41HRC。首先，對零件進行分析，包括：機床的選擇、零件的尺寸分析、加工方法和加工路徑的選擇、夾具的選擇、刀具的選擇及切削用量的確定；其次，零件加工前還要編寫正確的數控加工工藝及加工程序，操作時還要進行工件的找正、對刀及工件原點的確定。

圖2 電吹風型芯模型

2 形狀特征的分析

點擊圖標，即可進入加工模塊，選擇“分析”→“NC助理”，NC助理可以收集加工工件的圓角半徑、壁面的拔模角度，幫忙用戶選取刀具直徑、刀具的底角半徑，制定加工工藝。或選擇“分析”→“幾何特性”，也能分析半徑、坐標值等數據。

分析得知，在手柄上最小的圓角半徑是1mm，連接處圓角半徑7mm，拔模角10°。選擇“分析”→“測量距離”此選項，得到模仁的尺寸長×寬×高=220mm×160mm×55.128mm，上面鍵槽距離為2.125mm，鍵槽拔模角1°。

3 生成零件毛坯和工件工作坐標

（1）零件毛坯的設定。建立毛坯的方法有很多種，“創建幾何體”對話框的選擇“WORKPIECE”，創建幾何體中的部件幾何體、毛坯幾何體、切削區域。創建毛坯幾何體還有一種方法是用用“所有應用模塊”→“電極設計”→“創建方塊”，作為毛坯幾何體。在實際中常采用四面分中，最高面為零來設置原點，方便操作人員設置機床原點坐標。

（2）加工坐標系（MCS）及安全平面的設定。在加工中設置的坐標系為加工坐標系（MCS），設置的原則是：一般與工件坐標系一致；便于加工者快速準確對刀；對稱零件的坐標原點應選在對稱軸上；考慮加工產品在數控機床上的裝夾擺放情況。此處電吹風型芯模型中，原點在上表面四周的中心，Z軸朝上，如圖2所示。由于數控機床運動速度較快，為了保證加工安全，需要安全平面設置，一般與上表面距離10mm處。

4 刀具的設定

刀具的選擇是數控加工工藝中重要內容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工品質。編程時，選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。

應當盡量減少刀具數量，一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；粗精加工的刀具應分開使用；先銑后鉆；先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；先進行底面加工后側面加工；加工時盡量在外面進刀；在滿足不過切的條件下，優先采用平底刀，平底刀在表面加工質量和切削效率方面都優于球刀。

常用數控加工刀具規格（mm）：圓鼻刀Ф63R6、Ф50R6、Ф35R5、Ф32R5、Ф30R5、Ф25R5、Ф20R4、Ф16R4、Ф12R4、Ф10R0.8、Ф8R0.5、Ф4R0.5；平底刀 Ф12、Ф10、Ф8、Ф6；球刀R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.5、R1、R0.5 等。

在開粗中，考慮毛坯的尺寸，如毛坯為80×80，則選Ф25R5Ф16R0.8；如毛坯為 100×100，則選 Ф35R6、Ф32R6、Ф30R5開粗。如毛坯大于300×300，則選大于Ф35R6的刀具開粗。在圓倒角和拐角進行時，應選用直徑小于圓倒角幾何尺寸70%的刀具，使拐角處的刀具路徑更加平順，降低刀具負荷。

本實例中，根據零件結構特點和尺寸要求，結合車間刀具的實際情況，完成型芯模型數控加工選用5把刀具：D32R5圓鼻刀、D10R0.8圓鼻刀、D10平底刀、R3球刀、D2平底刀。

5 加工參數的設定

加工中重要的切削參數有主軸轉速、進給速度、加工步距（殘留高度）、加工深度和加工余量等，一般在選擇這些參數時即要考慮零件的加工精度又要考慮機床的加工效率。

根據經驗數據和工藝手冊，本實例中主軸轉速、進給速度、加工深度采用表1數據。設定粗加工余量為0.3～0.5mm，半精加工余量0.05～0.3mm，精加工余量為0。

步距是大小決定零件加工表面質量和加工效率的重要因素，必須合理搭配。本實例中，一般取粗加工和半精加工步距為60～90%刀具直徑，精加工步距小于50%刀具直徑。

一般粗加工過程中余量較大，應選用逆銑加工方式，以減小機床的震動；工件表面凹凸不平較顯著時的情況下，應采用逆銑；精加工時，為達到精度和表面粗糙度的要求，應選擇順銑加工方式；有開放加工區域的粗加工采用混合銑，減少空刀，節約加工時間。

6 進刀和退刀的設定

進、退刀方式對被加工件的質量有著重要的作用，絕對不允許直接在加工工件上垂直下刀，這樣會發生“扎刀”和“斷刀”事故。在開始加工時，盡量從工件外面進刀，保證刀具壽命。所有的進刀螺旋下刀是所有下刀方式中對刀具影響最小的一種下刀方式，優先采用螺旋下刀。斜直線下刀主要用于小區域而且狹長的區域的加工中，如狹長的矩形區域加工，生成不了螺旋下刀就可以使用斜直線下刀。開粗采用螺旋下刀或斜直線進刀，精加工時用斜直線進刀。螺旋下刀直徑一般取刀具半徑的50%～100%，高度不超過3mm，傾斜角度不超過10°。

7 工藝方案

根據以上分析，最終制定以下加工工藝方案（見表1）。

分析如下：

序號3中，平面銑半精加工分型面，留一次切削的精加工余量0.05mm，在序號5中精加工一次分型面，完成光面加工，保證加工品質。

序號8中，平面銑精加工清角，根據經驗角落留0.01mm的余量，兩個面的接刀會比較好，防止過切尺寸變小，假如多余可以拋光處理。切削方式為配置文件表示沿輪廓走一次。

（1）數控程序的仿真加工。在依次創建幾何體名稱、加工坐標系、安全平面、毛坯幾何體、加工操作、參數輸入后，最后完成電吹風型芯加工，利用UG的加工仿真功能可以交互式地模擬演示材料按數控刀軌數據被去除的過程，在加工前對完成的加工操作進行驗證。

表1 加工工藝方案

續表

（2）生成加工NC代碼及實際加工。CAM的過程的最終目的是生成一個數控機床可以識別的代碼程序，完成零件的加工。利用UG系統的后置處理器功能生成電吹風型芯模所需要的NC代碼。選擇已生成的刀具路徑，選擇“工具”→“操作導航器”→“輸出”→“UG/后處理操作”命令。生成一個NC代碼的文本文檔。在實際加工中，根據工藝步驟，輸入合理參數，完全保證了加工品質。

8 結束語

應用UG/CAM進行電吹風型芯模的數控加工，提高了零件加工精度和效率，通過完整的操作設置過程，結合實際生產經驗，制定規范的數控加工工藝路線，選用合理的加工參數，保障了零件的加工品質，為數控加工編程積累了寶貴的實際經驗。

[1]衛兵工作室.UGNX正文版數控編程入門與實例進階[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]李斐.基于UG設計軟件在數控自動編程技術的應用[J].遼寧經濟管理干部學院學報，2009，（2）：39-41.

[3]范希營，郭永環.基于UG/NX/CAM的復雜型腔的實體造型及銑削加工[J].機械設計與制造，2009，（10）：150-151.

[4]毛德君.UG基于實體的模具數控加工策略及應用 [J].模具制造技術，2005，（9）：43-46.