基于UG和Vericut復雜曲面零件設計與加工

田美霞+楊英

摘 要：為了有效提高復雜曲面零件的加工質量和加工效率，該文首先分析復雜曲面零件數控加工的難點，接著以QQ公仔模型為例，論述了UG和Vericut軟件在數控加工中應用過程，包括曲面造型、工藝安排、仿真加工、實體切削驗證，結合3軸聯動FANUC數控加工中心實現了實際的數控加工。通過實踐表明，該方法提高了復雜表面零件表面加工質量，能縮短產品設計與制造時間，提高了生產效率。

關鍵詞：自動編程 復雜曲面 數控加工

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0109-02

我國是制造業集中地，正面臨著由制造大國向制造強國轉變，運用先進的設計理念、方法、工具，做出有競爭力的產品非常重要。這些產品表面往往由復雜曲面構成，幾何造型復雜，不可能用手工編程來實現。CAD/CAM技術的應用，能有效解決這些問題，幫助制造企業提高生產效率和競爭力。

復雜曲面零件的數控加工主要包括以下3個方面的內容：曲面造型、自動編程、數控機床加工。UG軟件是一款先進和緊密集成的、面向制造業的CAD/CAE/CAM高端軟件，UG有強大的實體造型功能和快捷高效的自動編程優勢，使產品開發從設計到加工實現數據的無縫集成，優化企業的產品設計與制造。VERICUT軟件不僅能夠對NC程序進行仿真、驗證、分析及優化，而且能夠對機床進行仿真，可以大大提高零件的加工效率和機床的利用率。

1 復雜曲面零件加工難點分析

（1）模型表面光潔度的處理。要提高零件表面的精度和光潔度，模型的表面必須是幾何曲面，幾何曲面的精度是很高的，如果是網格曲面，可以使用曲面優化提高曲面精度。為提高零件表面光潔度，還需考慮精加工刀具路徑采用的刀具、精加工刀具路徑行距、精加工的吃刀量。一般曲面零件的精加工刀具路徑采用球形銑刀生成，球形銑刀刀具直徑選用不宜過大，采用直徑較小的球頭刀較為合理。精加工刀具路徑行距分布應均勻、整齊，在保證加工效率前提下，盡可能縮小行距，使得曲面零件陡峭部分行距不稀疏。精加工的吃刀量的多少和被加工材料的加工硬化性有關，要設置合理的吃刀量，才能加工出較好的表面光潔度。

（2）挖槽銑削的下刀方式的選擇。復雜表面零件表面加工往往需要挖“槽”銑削，挖槽銑削的下刀方式十分重要，要求下刀點留下的痕跡最少、最淺。下刀的方式主要兩種，垂直下刀和螺旋下刀。挖槽時，如果采用垂直下刀，當下刀速度比較快時，工件被刀具沖擊，刀具在工件里出現“撞刀”現象，會使工件表面的下刀點留下刀痕。但是當模型的“槽”比較特殊，如果采用等高線加工曲面表面時，它只能采用簡單的垂直下刀方式，控制下刀速度，否則采用螺旋下刀容易發生干涉，產生過切現象。

（3）裝夾定位基準一致性。正反兩面裝夾時如果定位基準不一致，將直接導致零件加工出現很大的誤差。

（4）拐角處理。復雜表面零件表面往往有多個拐角組成，在拐角加工時需注意拐角處加工速度過快導致過切現象，刀具直徑過大導致過?，F象。轉角處要設置自動減速，一般由機床直接自動控制。如果機床控制系統本身不具備小拐角自動降速機制，則必須由CAM軟件提供。CAXA 制造工程師中提供了拐角加工減速功能，它是在軟件中根據路徑的傾斜角度、角部角度、水平圓弧的半徑為依據，做一定范圍的降速調整。

（5）自動編程與實際加工的差別。自動編程完成仿真時沒有發現工件過?；蜻^切，而實際加工完成后工件出現過剩過切。主要有以下幾點原因：刀具過長，發生抖刀；粗加工和精加工的對刀因素，保證對刀準確，對刀基準面精度要求高；機床拐角時沒有減速，在拐角處過切。

2 零件建模與數控加工

2.1 零件建模

考慮到QQ公仔模型工藝性、實用性、美觀性等諸多特性，QQ公仔模型由身體、嘴部、翅膀、腳部、圍巾、肚皮等部分組成。QQ公仔模型主要難點體現在翅膀、嘴巴、腳部、圍巾部分的設計。QQ公仔模型身體主體造型采用回轉命令和邊倒圓命令完成。翅膀、嘴部、圍巾、腳部的成型主要使用繪制相應的輪廓線、網格曲線、修剪等命令完成。肚皮主要由繪制橢圓、投影、分割面命令完成。

2.2 加工工藝分析

曲面零件的加工要考慮的是曲面的形狀和粗糙度，QQ公仔模型是由多個曲面構成的零件，為了提高加工效率，可將模型劃分為3個部分，正面、反面、QQ眼睛部分加工。無論是正面還是反面都是由多個曲面過渡自然聯接而成，但是眼睛部分是由曲線構成。QQ公仔模型零件的毛坯材料定為鋁合金，形狀為60 mm×60 mm×200 mm的方料。工件采用平口鉗裝夾，需正反面兩次裝夾，裝夾的時候需注意要保證采用同一定位基準。在QQ公仔模型的正面或反面的粗加工時，可以選擇刀具直徑較大的立銑刀來切除大量余量來提高加工效率；在半精加工時，選擇刀具直徑較小的立銑刀去除由于刀具直徑過大導致粗加工無法加工到的地方；在精加工時，為保證QQ表面加工質量和精度，半精加工余量不宜設置過大也不宜過小，刀具選用直徑較小的球頭刀刀具直徑。采用3軸聯動FANUC數控加工中心，按照粗加工、半精加工、精加工的原則，依次完成模型正面粗加工、正面半精加工、正面精加工、眼睛輪廓加工、反面粗加工、反面半精加工、反面精加工。

2.3 設定加工環境及創建加工對象

從設計模塊切換到加工模塊，彈出“加工環境”對話框，在“要創建的CAM設置”列表框中選擇“mill_contour”，其他默認，單擊確定，完成加工環境設定。接著根據實際加工要求依次創建刀具、加工坐標系、創建加工方法、指定工件和毛坯等。

2.4 加工參數設定及加工軌跡生成

正反面粗加工：型腔銑主要用于曲面、斜度較小的側壁、型腔型芯的加工，用型腔銑粗銑模型的大體輪廓，選用Φ16立銑刀去除大部分余量；正反面半精加工：粗加工時刀具半徑較大，刀具無法對零件較小的區域銑削，導致還存著一定的余量，用Φ6立銑刀采用固定區域銑削方式對模型進行半精加工；正反面精加工：采用R3的球刀采用固定區域銑削，去除正反面模型最終余量；眼睛輪廓的加工：通過固定輪廓銑中的曲線驅動方法的設置，完成曲面上曲線槽的銑削加工，采用R1球刀，設置好相應的加工參數，最后生成軌跡。

2.5 加工仿真及G代碼生成

對生成的刀具軌跡進行仿真模擬，檢查軌跡中是否存在明顯的過切、未加工到的部位及加工干涉現象。運用軌跡仿真功能，模擬實際切削過程，觀察材料去除過程和進行刀具干涉檢查，檢驗生成的刀具軌跡是否滿足要求。得到正確軌跡后，生成G代碼。

2.6 Vericut機床仿真與機床實際加工

Vericut軟件能模擬在加工過程中刀具的切削、加工零件、夾具、工作臺及機床各軸的運動情況，在進行真實加工之前，使用Vericut軟件依次完成機床、夾具、零件、毛坯、切削刀具和NC代碼等基本要素相關參數的設置，模擬加工的整個過程和加工結果。最后將優化后G代碼通過計算機標準接口直接與機床連通，通過在線傳輸，機床根據收到的G代碼加工程序進行加工。實際加工結果與原來預定的加工效果相一致，基本沒有出現過切和欠切的加工表面，表面光潔度較好，表面精度較好。

3 結語

通過在3軸聯動FANUC數控加工中心上完成復雜曲面零件銑削加工的實踐證明，如果合理設置自動編程時的加工路徑、切削用量、刀具參數，便能提高復雜曲面零件表面光潔度和精度，減少復雜表面零件過?；蜻^切現象的產生。經仿真切削可以保證程序的準確性和數控加工時的安全性，提高生產效率，縮短了生產周期，實現了高效優質的數控加工。

參考文獻

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