基于UG三維軟件下的數控五軸加工

焦翠麗

（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇 泰興 225400）

基于UG三維軟件下的數控五軸加工

焦翠麗

（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇 泰興 225400）

文章就數控五軸機床特點、數控五軸加工零件特點進行分析，就如何運用UG軟件實現五軸加工零件設計、加工仿真、后置處理等進行闡述，指出五軸加工研究與運用的重要性。

UG；五軸；葉輪

五軸加工一般用于較為復雜的零件曲面，如葉輪片、模具、螺旋葉片等具有復雜曲面且精度較高的零件，采用基于UG三維軟件下的建模、刀路形成及仿真加工能提高加工效率，確保零件加工質量。

1 特殊曲面形狀的零件加工分析

特殊曲面形狀零件造型復雜多變且其工藝要求較高，如葉輪片在設計中需考慮空氣動力學及液體動力學對其的影響。在產品的形成中，設計與制造過程密不可分，如果采用簡單的三軸數控銑床加工，常采用球頭刀具分層加工，但加工后的零件表面質量較差，精度較低，實際使用時會產生氣蝕破壞。所以特殊的曲面形狀的設計必須依靠三維軟件生成，并通過軟件的優化最終形成理想的曲面形狀。實際加工中，軟件生成的程序及刀具軌跡（刀路）一般不受五軸數控機床的限制，其刀路安全性及加工可靠性要予以高度重視，較為常見的缺陷是過切或欠切以及刀具與機床、刀具與夾具體之間的干涉碰撞。解決的辦法可以采用試走刀試切削的方法予以修正，也就是刀具對臘毛坯或尼龍毛坯進行真實切削，找出存在的問題。一次的試切削不一定能完成加工，另外由于加工體不一樣，實際切削鋼件制品存在著新的問題，所以試切削加工的效率極低。而采用UG仿真下的試加工，將夾具、刀具、工件等顯示出來，通過刀路模擬，能安全快速地檢驗加工過程的可靠性。

五軸加工零件中最具代表性的曲面零件是三元葉輪。三元葉輪是指應用三元流理論設計、制造的葉輪，三元葉輪在設計時，根據期望的液體流場計算出葉輪形狀及相關幾何尺寸，采用任意曲面形狀的葉片，葉片在流動和高度兩個方向是彎曲的，形成空間三維扭曲形狀，這種葉輪的葉片在空間上是扭曲的，與氣體的實際流動更相適應，其工作效率與普遍葉輪相比更高。在設計中葉片多采用不可展開的扭曲形狀直紋面,這種形狀只能采用五軸機床加工。相鄰葉片間距小，葉片間形成徑向變化的小通道，極易導致刀具與相鄰葉片間發生碰撞干涉，刀徑小導致刀具剛性不足，葉輪葉片較薄，加工時工件極易產生變形。三元葉輪的輪毅和葉片采用同一毛坯體上進行整體加工，其曲面形狀復雜，曲面參數約束條件較多,加工難度大,加工過程中最易發生干涉現象，是五軸數控加工中的典型零件。

2 五軸數控機床的特點

一般三軸加工中心工作臺可以執行X及Y方的移動，保證工件的X和Y坐標參數，配以刀具上下Z方向移動實現工件頂面輪廓的加工。五坐標是指在三軸加工中心基礎上，增加工作臺繞X軸和Y軸的兩個轉動，依靠新增的兩個轉動聯合刀具的運動可以實現工件五個頂面的加工。對于依靠立式主軸旋轉的五軸坐標機床，在工件加工時，主軸的旋轉配合刀頭的旋轉類同于人的手臂，其合成的運動可使刀具軸線的方向在一定的空間內任意自由控制，在保證最優級削狀態的同時，有效地避免刀具與夾具及機床等的干涉。五軸數控機床因其加工時刀頭運動的復雜性，能使刀具刀刃與工件表面處于最佳接合切削狀態，例如在采用球頭刀切削工件時，能避免球頭刀底部一直切削，能順利地實現復雜曲面輪廓的加工。在加工中，由于采用一次裝夾，實現多表面，多工序一次加工，加工效率高，各表面間的位置精度也得到了保證。加工時刀具切削量均勻，刀具作用力恒定，加工后的零件曲面精度高，整體切削余量均勻，零件表面誤差小。

3 UG軟件與五軸加工零件設計

在復雜曲面零件設計中，采用UG三維軟件是最經濟合理的手段。首先必須將曲面上每一條曲線的數據點的坐標值保存為dat格式的文件；然后在UG建模里選擇曲面樣條線，依據數據點將多段樣條構建出，生成葉片曲面中性而把葉根和葉頂曲線；再選擇構造好的樣條曲線生成葉片曲面，將葉根曲線采用旋轉指令生成輪轂曲面；最后用構造好的的葉片中性層曲面剪切毛坯實體,生成所需模型設計形狀。

構建好零件形狀后，需選擇刀具夾具，設計好刀具、夾具體形狀，這可以從庫中直接調用，也可以根據實際形狀進行零件造型設計，設計的目的是仿真及避免干涉。

4 UG軟件與五軸加工

UG軟件在加工零件前須實現仿真處理，并生成后處理程序。仿真運動可以實現真實加工的可視化，對五軸加工過程進行仿真驗證一般過程是建立零件毛坯、夾具及刀具的實體模型，選擇加工模式，設定加工路線及加工參數，進行計算機動態圖形仿真檢查加工路徑是否正確，加工過程是否順利，加工是否會發生干涉碰撞現象。這種仿真加工快速安全可靠，有較強的實際模擬加工效果。

仿真時可采用UG軟件對夾具工件等進行三維造型及裝配，并可檢查裝配中的干涉問題，靈活地運用軟件數據庫，調用不同的刀具夾具毛坯形狀，也為實際加工不同的零件提供了更多的方便快捷選擇，也可將新建立的模型導入UG軟件數據庫，為后期加工和設計管理提供參照依據。

模擬仿真成功后，就可以生成后置處理程序。后置處理的任務是根據具體機床結構和控制指令格式,將前置處理中計算得到的刀位數據變換成機床各軸的運動數據，并按其控制指令格式轉換成為數控機床的加工程序。

在采用UG軟件進行五軸加工時，最為重要的是加工方式的選擇。例如葉片在五軸加工中，屬于薄壁件，且靠近頭部厚度值更小。在加工過程中，除了要分粗精加工外，整體加工要分開處理，葉片圓頭部分可以單獨加工形成，輪轂也可采用其他加工方式單獨處理，而葉片圓頭和曲面要分開加工，實現多次精加工成型。

對UG軟件實現CAM輔助制造過程中，數控編程操作節點很重要,加工方式和加工路徑的不同選擇會產生細微或者較大的變化，在實際使用中，要予以區別。

5 結語

五軸聯動數控機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業，有著舉足輕重的影響力。五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。每當人們在設計、研制復雜曲面遇到無法解決的難題時，往往轉向求助五軸數控系統。預計在不久的將來，隨著五軸聯動數控機床系統的普及推廣，必將為中國成為世界最強國奠定堅實的基礎！

[1]馬武，李映平，楊錦斌.淺析五軸加工中心數控編程技巧[J].制造技術與機床，2009，（2）.

[2]燕紅波，楊慶東，劉芳.五軸聯動的數控加工技術的研究及應用[J].機械工程師，2007，（5）.

[3]羅中華.多軸銑削定位加工手工數控編程的研究[J].機械工程師，2009，（1）.

Five-axis NC Machining based on UG 3D Softwares

JIAO Cui-li
(Jiangsu Taixing Secondary Polytechnic School,Taixing,Jiangsu 225400,China).

The paper made an analysis on the characteristics of five-axis nc machine tools and the characteristics of CNC five-axis machining parts characteristics,and made an elaboration on how to use UG software to realize the design for five-axis machining parts,simulation and post processing,and pointed out the importance of the researches and application of five-axis machining.

UG;five-axis;impeller

TG659

A

2095-980X（2015）02-0078-01

2015-01-14

焦翠麗（1984-），女，江蘇泰興熱，大學本科，主要研究方向：數控技術。