屏模圈型腔三維曲面的UG五軸數控加工

摘要:為了提高玻屏封接面的質量和生產效益，在給出屏模圈型腔結構和目標值數據設計流程的基礎上，采用UG軟件重點對其溝槽三維空間曲面進行了CAD造型和五軸數控加工的研究，編制出了相應的數控加工程序，完成了屏模圈型腔的UG五軸數控加工。

關鍵詞:型腔三維曲面;五軸數控加工;UG

中圖分類號:TB22

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)21-0302-02

1 引言

玻屏封接面是通過玻璃粉與玻錐粘合的結合面之一，其質量好壞不僅直接影響抽真空后顯像管的爆縮，更重要的是對后續的研磨加工起著決定性作用。理想的玻屏封接面為一近矩形環狀平面，不需要研磨加工即可用于封接，除完全節省研磨消耗外，還節約了生產線投資，對玻屏生產的價值不言而喻。玻屏是在由凸模、模圈、底模所組成的模具型腔內對玻璃熔體進行壓制而成型，其中屏模圈將成型封接面。由于玻璃熔體成型過程的復雜性，為得到平坦無傾斜的封接面，需要根據變形補償原理將模圈型腔設計成空間起伏和傾斜的三維曲面，并在五坐標聯動的數控機床上加工其溝槽部位。

Unigraphics(UG)是當前世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業的CAD /CAE /CAM高端軟件。該軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設計功能，而且還可采用建立的三維模型直接生成數控代碼用于產品的加工。因此，研究屏模圈型腔三維曲面的UG五軸數控加工工方法變得十分必要。

2 屏模圈結構與型腔三維曲面的UG建模

屏模圈整體結構如圖1所示，其內側壁Z向截面由多段拔模斜度構成(圖2、3)，決定玻屏封接面形狀的是模圈其溝槽部位(溝底傾斜曲面)。由于熱態下的玻屏冷卻后封接面會變形傾斜且Z向高低起伏不平，需要通過修整屏模圈溝槽加以補償:依據產品的測量數據與理論數據的偏差來對應設計模圈溝槽整周各部位的傾斜角度和Z向落差、及周邊輪廓數據。

模圈的溝槽部需要進行高差和傾斜加工的部位經過放大旋轉后的示意圖見圖4，這是一個寬度只有7-11mm、四周環形封閉的三維傾斜空間曲面，沿曲面移動X、Y、Z坐標變化的同時，曲面的法線方向在不斷變化之中、不總是垂直X-Y坐標平面，因此需要五坐標聯動數控機床才能加工這樣的曲面。

2.1 屏模圈型腔三維曲面CAD造型數據

模圈的制造加工是在常溫下進行的，而玻殼的成型壓制是在高溫下進行的，模圈在高溫時形狀會發生變化，又受各種成型條件的影響，生產出的封接面形狀也不會完全達到理想狀態，而模圈在使用過程中表面也會發生磨損，直接影響著封接面屏的質量，所以要經常對模圈進行測量、加工，使生產出的產品合格率盡量高。屏模圈五軸數控加工的造型數據的來源流程如下:

分別測量使用前的模圈和壓制出的玻屏封接面，將測得的數據輸入到計算機，經補償計算，產生溝底曲面沿環向和“徑向”在每個截面處的目標值，使用這些目標數據來完成屏模圈型腔曲面的造型和加工。目標值數據的設計實例如圖6所示。

2.2 屏模圈型腔三維曲面的UG造型

UG軟件曲面造型功能強大，提供了多種方法。模圈型腔側壁曲面及溝底傾斜曲面(需要五軸加工)的造型過程如下:在XOY平面內用Application→Modeling→Sketch加約束條件作SB外輪廓線(僅作一象限)，向內Offset此輪廓線，從LA(X+方向)開始按設計要求的間距作長度約為10MM，方向指向輪廓弧心的線段組，過每一線段作輪廓線的法平面，在各法平面內分別Translate→Rotation或Move一定角度或距離，至此，已生成自由曲面所需的Section Curve，分析檢查數據正確性，Free Form Feature→Swept生成模圈溝槽曲面，Tolerance 為0.001mm。

再作出模圈唇部曲面，Blending;Extruding MM輪廓，生成內側壁與溝槽Edge Chamfer，完成基本造型。

3 UG—CAM 五軸加工

3.1 加工工藝編制

屏模圈加工工序較為復雜，要新制一件屏模圈需用8把不同的刀具，因溝槽部位較深、窄、傾斜須采用五軸加工且不能留下細刀痕，否則無法進行研磨。

3.1.1 加工溝槽

刀具:選用兩把刀，分別加工溝槽MM側和溝槽SB側;

切削方式:UG可變軸輪廓銑(Variable Contour)，因為溝槽寬度只有8mm左右，必須精確計算刀心位置來確定驅動輪廓，以防過切內側壁或唇部，UG加工模塊提供了多種驅動方式，這里選擇Curve/Point驅動，刀軸始終法向于溝槽曲面，精度要求Part Intol(outtol):0.01mm。

3.1.2 加工內輪廓

刀具:根據拔模角度選擇錐度成型銑刀;

切削方式:Mill Countour，抽取對刀點處輪廓XOY面投影為驅動曲線。

3.1.3 加工唇部

刀具:直柄立銑刀;

切削方式:Mill Countour，選擇表面驅動方式，采用ZIG-ZAG雙向往復切削方式。

3.2 UG加工后處理程序的設定

加工后處理程序是十分重要的，否則CAM后刀軌代碼不被機床識別，針對各臺機床的數控裝置編制相應后處理程序。在這里，兼于我們Fidia 5Axis機床特性，用UG的Machine Post Processing─→MDF Editor→Create New MDFA，設置各軸轉動方向角度，插補等。最終加工程序:

……

N10 G40 G17 G94 G90 G70

N20 G91 G28 Z0.0

N40 T01

N50 G00 G90 X.0262 Y142.4124 B1.54 C0.0 S0 M03

N60 G43 Z6.1749

N70 G01 X.0263 Z-45.2128 F250. M08

N80 X7.7097 Y142.3972 Z-45.2124

N90 X11.572 Y142.3786 Z-45.2059 C.036

N100 X15.4147 Y142.3563 Z-45.1949 B1.535 C.03

N110 X23.0899 Y142.3007 Z-45.1389 B1.511 C.019

N120 X30.7662 Y142.2271 Z-45.0488 B1.473 C.01

N130 X38.4426 Y142.1346 Z-44.9295 B1.423 C.002

N140 X46.1245 Y141.975 Z-44.9291

……

4 結語

通過對三維空間曲面的UG造型和五軸數控加工完成了玻屏封接面不研磨的模圈CAD/CAM一體化方案，解決了玻殼生產中的實際問題、效果良好。生產實踐表明:對復雜空間曲面和五軸數控加工的研究對提高產品質量和生產效率具有重要意義。此外，開發專用的五軸數控加工程序生成軟件和采用五軸高速銑削將會進一步促進生產效益的提高。

參考文獻

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