基于UG的數(shù)控多軸加工工藝優(yōu)化設計

楊鵬飛 王軍歌

摘要： 本文主要針對葉輪等復雜結(jié)構(gòu)零件在四軸、五軸加工刀路建立過程中可能出現(xiàn)的問題，利用UG軟件的多軸銑模塊對可能對加工刀路產(chǎn)生影響的刀軸、驅(qū)動方法以及投影矢量等進行了綜合試驗研究。根據(jù)研究結(jié)果來看，通過插補矢量類型可以對刀具的路經(jīng)進行優(yōu)化，以此避免刀柄以及刀具等工件之間產(chǎn)生的碰撞。

關(guān)鍵詞： UG;數(shù)控多軸加工;工藝優(yōu)化

引言

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的助力，一些數(shù)控軟件的多軸加工功能，通過加工代碼的編寫可以對零件的加工刀路進行合理的優(yōu)化。UG軟件的多軸加工非常適用于復雜零件的制造，傳統(tǒng)的固定軸加工方式無法進入的領(lǐng)域都可以通過該軟件獲得解決。UG軟件的多軸加工主要包括可變軸曲面輪廓銑和順序銑，前者的應用相對而言更加廣泛。

四軸聯(lián)動設備加工刀路的優(yōu)化

在數(shù)控加工領(lǐng)域，多軸加工通常是指四軸聯(lián)動或是五軸聯(lián)動加工，具體是基于CAD或是CAM軟件生成特定的刀路，之后通過專用后置處理模塊將其進行一定的轉(zhuǎn)化一定的代碼，使其能夠被數(shù)控設備所配備的數(shù)控系統(tǒng)所識別。這種模式可以有效的解決一些復雜結(jié)構(gòu)零件加工困難的問題，而加工刀路的構(gòu)建則決定了零件加工的效率和質(zhì)量。通常來講，判斷加工刀路是否合理需要考慮的因素包括是否存在過切、少切、空走刀現(xiàn)象、刀具、刀柄以及夾持器和工件之間是否存在相互干擾等。本文主要探討的是四軸聯(lián)動和五軸聯(lián)動設備在加工復雜結(jié)構(gòu)零件時的刀路優(yōu)化問題。

葉輪葉片等復雜結(jié)構(gòu)零件在加工時需要考慮流體力學、空氣動力學等諸多專業(yè)領(lǐng)域的知識，因此對加工進度有著極高的要求。傳統(tǒng)加工工序具有步驟復雜，消耗時間長，加工質(zhì)量低等問題，因此人們開始利用數(shù)控機床，尤其是先進的五軸數(shù)控機床進行葉輪葉片的加工，這樣可以最大程度的保障加工質(zhì)量和精度。而為了滿足此類復雜結(jié)構(gòu)零件的加工要求，即使采用多軸聯(lián)動設備依舊需要對加工工藝進行優(yōu)化。

四軸聯(lián)動設備主要包括四軸四聯(lián)動和五軸四聯(lián)動等數(shù)控設備，但是其程序每一行最多只能設置4個加工坐標，這必然會對零件加工刀路的生成產(chǎn)生一定的限制。例如，在利用UG軟件的多軸加工中的可變軸曲面輪廓銑功能對某陀螺零件進行加工時，驅(qū)動方法可以選擇曲面區(qū)域，投影矢量選擇刀軸、刀軸選擇遠離直線，4軸垂直于驅(qū)動體以及4軸相對于驅(qū)動體等方式。若是選擇遠離直線的加工刀路，在將曲面輪廓向外擴大時會導致刀具和工件之間相互碰撞的幾率大幅度提升。為了避免刀具和工件發(fā)生碰撞，可以適當?shù)募娱L刀具的長度。但是在設備高速運轉(zhuǎn)的條件下，加長刀具長度意味著刀具懸伸長度的增加，這會使導桿的穩(wěn)定性出現(xiàn)下降，威脅到零件加工的質(zhì)量。

對此此類問題，UG軟件的刀軸選項中設置有一項特殊的刀軸功能——插補矢量，其作用是在空間的任意位置對刀軸進行控制，這樣就可以有效解決上文中涉及到的問題，但這本質(zhì)上已經(jīng)達到了五軸刀路。在具體操作的過程中，首先應將系統(tǒng)默認的相關(guān)矢量刪除，之后旋轉(zhuǎn)零件的旋轉(zhuǎn)軸，使其達到接近水平的位置，按F8鍵，使用鼠標單擊旋轉(zhuǎn)軸，拖動鼠標將零件旋轉(zhuǎn)到位。此外，插值方法還可以選擇光順選項，這樣做可以使刀具的運動軌跡實現(xiàn)光滑過渡，防止其在機床運動的過程中出現(xiàn)速度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，影響到設備的正常運行。在最終形成的刀路圖中，所有刀軸的方向全部相同，這樣就可以避免刀具和工件碰撞的現(xiàn)象發(fā)生。

葉輪葉片如果采用四軸聯(lián)動設備進行加工時也會出現(xiàn)與上述類似的問題，利用UG軟件可變軸曲面輪廓功能對葉輪葉片進行加工的過程中，生成的加工刀路圖也存在刀具和工件碰撞的情況，對此依舊可以采用插補矢量的方式解決。在具體操作時，可以采用添加刀軸矢量的方式避免問題刀路，并在適當?shù)奈恢锰砑有碌牡遁S矢量，生成新的刀路。經(jīng)過矢量調(diào)整之后，加工刀路明顯獲得了有效的改進，刀具和工件之間的碰撞干涉問題也得到妥善解決。在刀路調(diào)整后，若仍舊存在不光順的問題，可以通過繼續(xù)添加刀軸矢量的方式對其進行優(yōu)化。

五軸聯(lián)動加工刀路的優(yōu)化

工業(yè)生產(chǎn)中最常見的五軸聯(lián)動加工設備為五軸聯(lián)動加工中心，在利用可變軸曲面輪廓功能對陀螺零件進行加工時，選擇曲面區(qū)域作為驅(qū)動方法，選擇刀軸作為投影矢量，刀軸選擇垂直于驅(qū)動體，相對于驅(qū)動體，插補角度至部件、插補角度至驅(qū)動方式，生成五軸聯(lián)動加工刀路。

上述提到的幾種道路在加工中均有可能出現(xiàn)刀具和工件相互碰撞干涉的現(xiàn)象，對此，可以采用第一章節(jié)提到的方法對刀路進行優(yōu)化，避免刀具和工件的相互干涉。為了使刀路變得更加光順和緊湊，可以對加工區(qū)域邊界刀軸矢量的方向進行調(diào)整，轉(zhuǎn)動圖形找到一個刀具和工件不會產(chǎn)生碰撞干涉的角度。對于葉輪葉片等結(jié)構(gòu)較為復雜的零件，如果采用五軸聯(lián)動設備進行加工，可以利用UG軟件中自帶的專用葉片加工模塊，這樣可以快速有效生成最佳的葉輪葉片五軸聯(lián)動加工刀路。

結(jié)語

綜上所述，在使用數(shù)控多軸設備進行復雜結(jié)構(gòu)零件加工的過程中，加工工藝優(yōu)化可以有效提高零件加工質(zhì)量。本文以UG軟件的GAM功能模塊為基本，對復雜結(jié)構(gòu)零件多軸數(shù)控加工工藝優(yōu)化問題進行了分析研究，采用插補矢量的方法解決了工件和刀具之間相互碰撞干涉的問題，實現(xiàn)了加工效率、質(zhì)量的提升。但需注意的是，在加工刀路優(yōu)化完成后，還需進行加工參數(shù)優(yōu)化、工裝夾具優(yōu)化等相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻

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