曲面驅(qū)動(dòng)之螺旋柱的四軸加工案例分析

高順

摘 要：曲面驅(qū)動(dòng)之螺旋柱的四軸加工，將學(xué)生對(duì)機(jī)械加工知識(shí)的學(xué)習(xí)提升到了一個(gè)更高的檔次。文章探索“四軸加工”主干實(shí)踐課程——《數(shù)控多軸加工》中造型及后處理加工的教學(xué)改革。通過(guò)尋策略、找方法、落實(shí)踐，教師以自身深厚的功底示教，用實(shí)際案例說(shuō)話(huà)，激發(fā)學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋完成多軸加工工作任務(wù)的興趣與質(zhì)量意識(shí)，收到良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：曲面驅(qū)動(dòng)；四軸加工；UG軟件；教學(xué)提升

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）03-0057-02

Abstract： The four-axis machining of curved helical columns promotes students' knowledge of machining to a higher level. This paper explores the teaching reform of modeling and post-processing in the main practical course of "four-axis machining"， i.e. "numerical control multi-axis machining". Through searching for strategies， finding methods and putting them into practice， the teacher can teach with their own deep knowledge and use actual cases to arouse students' interest and quality consciousness in completing multi-axis processing tasks， which has achieved good teaching results.

Keywords： curved surface drive； four-axis machining； UG software； teaching promotion

1 基準(zhǔn)面構(gòu)造

（1）首先打開(kāi)UG10.0軟件導(dǎo)入模型以零件的右端面中心為基準(zhǔn)建立加工坐標(biāo)系（如圖1所示），從坐標(biāo)系X方向的零點(diǎn)開(kāi)始構(gòu)造多個(gè)基本面出來(lái)，每一個(gè)基準(zhǔn)面的間隔為20mm。并在每一個(gè)基準(zhǔn)面的草圖上畫(huà)整圓，每個(gè)直徑略大于模型的徑向尺寸，如果想讓刀路在這部分刀軸的控制更合適，可以把基本面間的間距分的再小一點(diǎn)。

（2）驅(qū)動(dòng)面的建立

在UG10.0建模操作任務(wù)欄里找到插入-網(wǎng)格曲面-通過(guò)曲線(xiàn)組，把剛才畫(huà)的多個(gè)整圓連接起來(lái)，逐個(gè)選擇各個(gè)面的方向，避免產(chǎn)生變形扭曲的曲面。完成后可以按照構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)面生成刀具軌跡，查看刀具接觸的點(diǎn)是否均勻。

2 曲面驅(qū)動(dòng)加工

（1）采用型腔銑對(duì)模型進(jìn)行粗加工，選用直徑12mm的三刃平底鍵槽銑刀。刀軌設(shè)置-切削模式-輪廓，全局每刀切深1mm，留精加工余量0.5mm。如圖1所示。由于零件是一個(gè)分布均勻的回轉(zhuǎn)體零件，因此可以利用變換功能把型腔銑刀路分為4個(gè)粗加工刀路，每一次開(kāi)粗后分度的A軸旋轉(zhuǎn)90°，每次加工的深度為20mm。為了保證加工的效率和開(kāi)粗的表面質(zhì)量，可以在非切削移動(dòng)-轉(zhuǎn)移/快速這一欄內(nèi)把區(qū)域之間移動(dòng)改為直接，并且在進(jìn)退刀里把進(jìn)刀的類(lèi)型改為螺旋進(jìn)刀。如圖1所示。

（2）為了保證零件的加工質(zhì)量可以在精加工前先進(jìn)行半精加工，刀具選擇φ6-R3球頭刀，加工方式選擇可變輪廓銑，驅(qū)動(dòng)方式選擇曲面驅(qū)動(dòng)，在曲面編輯對(duì)話(huà)框中指定驅(qū)動(dòng)幾何體為剛才構(gòu)建的驅(qū)動(dòng)面，制定切削方向并在驅(qū)動(dòng)設(shè)置欄里定制切削模式為螺旋、步距數(shù)量為100；預(yù)覽顯示刀具的接觸點(diǎn)位置是否合理；在切削參數(shù)中設(shè)置精加工余量為0.2mm；刀軸控制方向選擇“遠(yuǎn)離點(diǎn)”，轉(zhuǎn)速和進(jìn)給可以根據(jù)需要自己設(shè)定，最終通過(guò)計(jì)算得出圖2所示半精加工刀路。

（3）精加工選用φ4-R2球頭刀，把前一個(gè)半精加工的刀路復(fù)制——內(nèi)部粘貼至WORKPIECE下，然后把刀具更換為精加工刀具，并修改切削模式中的螺旋加工步距數(shù)量，把每刀的間距縮小從而更好的達(dá)到加工所需的表面質(zhì)量。在預(yù)覽里查看刀具接觸的點(diǎn)是否合理，把切削參數(shù)中的余量改為0，公差精度設(shè)置為±0.001mm，非移動(dòng)切削參數(shù)中的轉(zhuǎn)速進(jìn)給量可根據(jù)需求自行設(shè)置，最后生成刀路。

（4）生成NC文件，在資源管理器中的加工工序?qū)Ш狡骼镌谀阋龀绦虻募庸すば蛏希河益I——后處理，這個(gè)時(shí)候會(huì)彈出后處理對(duì)話(huà)框，選擇我們HASS四軸的UG后處理，在單位選項(xiàng)中選擇公制并點(diǎn)擊應(yīng)用即可。本課題加工所用機(jī)床的第四軸為X軸的回轉(zhuǎn)軸A軸，回轉(zhuǎn)角度范圍為0～360°，如果是自己制作后處理器的話(huà)制作完成后必須存放在（？：＼ProgramFiles＼Siemens＼NX 10.0＼MACH＼resource＼pos

tprocessor）這個(gè)目錄下面。

生成的NC程序開(kāi)頭例如：N0020 （HASS 4 AXIS）；N0030 （PROGRAM NAME：O0006）；N0040 （刀具名稱(chēng)：D4R2）；N0050 （刀具直徑=4.00）；N0060 （刀具下半徑=2.00）N0070 G90G54G80G40G49；N0080 G91G28Z0.；N0090 G90G00X0Y0A0；N0100 S3000 M03；N0110 G0G90Z50.

（5）在加工之前利用UG NX自帶的模擬器進(jìn)行三維的模擬加工，也可以使用vericut仿真進(jìn)行模擬實(shí)體加工演示。檢查是否有刀具、行程干涉或一些過(guò)切欠切現(xiàn)象。在HASS四軸銑加工中心上進(jìn)行實(shí)體加工驗(yàn)證，可通過(guò)在電腦里安裝CIMCOEdit5.5軟件用RS232數(shù)據(jù)傳輸通訊線(xiàn)與機(jī)床連接進(jìn)行DNC在線(xiàn)加工驗(yàn)證（需要注意的是軟件中的串口設(shè)置和波特率必須與機(jī)床一致否則會(huì)出現(xiàn)連接出錯(cuò)現(xiàn)象）。也可以用CF卡或USB直接連接進(jìn)行DNC加工，并在加工后檢查表面質(zhì)量是否達(dá)到所需要求。最終加工出的實(shí)體如圖3所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)于數(shù)控技能人才的需求量十分大，而這類(lèi)技能人才不是以前那些只會(huì)單一操作二軸、三軸數(shù)控機(jī)床的人，需要的是會(huì)使用高新技術(shù)設(shè)備和軟件的人才。本文結(jié)合學(xué)校教育教學(xué)中的多軸曲面零件加工，借助UG10.0（CAD/CAM）軟件對(duì)零件進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì)和三維建模、構(gòu)造驅(qū)動(dòng)面，利用CAM 功能模塊對(duì)加工零件進(jìn)行合理的刀路設(shè)定、切削與非移動(dòng)切削參數(shù)的設(shè)置，生成合適的刀具軌跡。制定HASS四軸銑加工中心所適用的后處理器生成NC 代碼，然后用DNC在線(xiàn)加工方式完成零件的銑削（在線(xiàn)加工方式有讀卡器連接、USB連接、數(shù)據(jù)線(xiàn)連接）。在加工前需要考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)和加工范圍、刀具干涉角度等問(wèn)題、選擇合適的切削用量來(lái)滿(mǎn)足加工質(zhì)量要求。本課題的研究提升了學(xué)生對(duì)于軟件造型、輔助編程、實(shí)際加工的能力，讓理論和實(shí)踐相結(jié)合培養(yǎng)出適合企業(yè)發(fā)展需求的高技能型人才。

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