基于UG的一種螺旋清角編程方法

李春剛，郭輝，沈勇，田輝

（1.中國人民解放軍海軍裝備部駐西安地區軍事代表局駐漢中地區軍事代表室，陜西 漢中 723000；2.中航飛機股份有限公司 長沙起落架分公司，陜西 漢中 723003）

0 引 言

UG軟件中殘料開粗一般有三種方法：基于IPW、使用基于層、參考刀具。其中，參考刀具是系統用來計算當前切削區域的假想刀具，其尺寸值比實際開粗刀具大，可對上把刀未加工到的拐角區域剩余殘料進行二次加工。參考刀具銑削具有加工安全性好、計算速度快、二次開粗效率高等優勢。在某些情況下，工件拐角部位的幾何型面需圓滑銜接，表面不允許存在坑點或“缺肉”現象，工件在機械加工后細砂拋光要達到良好的外觀質量。拐角處采用正確參考刀具實現螺旋清角的方法，就是一種保持幾何特征完整性的理想解決方案。如何在參考刀具清角操作中設置合理參數，達到均勻去除殘料，全刀路順銑走刀，確保幾何表面的完整性，參數設置就顯得尤為重要。

1 深度加工輪廓操作

基于參考刀具的深度加工輪廓操作在陡峭區域應用較為普遍，合適的參數設置還可以實現高效的類螺旋銑削走刀方式，具體設置步驟如下[1-2]：

1）在深度加工輪廓操作中，根據加工工件設置幾何體。2）在切削參數中，將“切削方向”設置為“順銑”，“切削順序”選擇為“始終切削深度優先”。3）在非切削移動快捷菜單中，將開放區域進刀設置為“圓弧”，進刀半徑設置為“50%刀具”直徑，高度調整為0，為確保部分端銑刀切削刃不過中心，最小安全距離輸入“105%刀具”直徑，退刀與進刀方式相同。在“轉移/快速”中的“區域內”，轉移方式選擇為“安全距離—刀軸”，“區域間”轉移方式選擇為“直接”[3]。4）根據加工零件選擇合適的刀具或創建新刀具。界面其他參數保持默認，點擊“生成”刀軌，即產生圖1所示的類螺旋銑削刀路。從刀路軌跡可知：刀路嚴格執行順銑設置，且區域內每層切削結束后以G01直線插補至下層圓弧起刀點，刀路簡明清晰。

圖1 類螺旋銑削走刀刀路

2 清根參考刀具操作

在清根參考刀具操作中，有一種“單向橫向切削”的切削模式，對其簡單設置同樣可以生成高效的螺旋清角刀路，且刀路規整、切削均勻，嚴格保證順銑或逆銑走刀方式，特別適用于特定場合下的半精、精加工。采用單向橫向切削模式的清根參考刀具操作，一般流程如下：

1）創建清根參考刀具操作，指定部件，選擇刀具。2）在“驅動方法”→“方法”→“清根”快捷菜單中，“驅動設置”→“清根類型”選擇“參考刀具偏置”。“陡峭空間范圍”→“陡角”設置為90°。非陡峭切削和陡峭切削按圖2設置，切削模式統一選擇“單向橫向切削”，切削方向調整為“順銑”，根據加工精度和表面粗糙度要求設置步距值。注意對于圖2右側這樣的被加工幾何特征，在“陡峭切削方向”中需指定“混合”模式，方可實現從非陡峭到陡峭再到非陡峭的順次切削走刀模式，并且刀軌一直保持順銑切削。3）設置參考刀具。參考刀具大于加工刀具，用于殘料加工。4）其他參數默認，點擊“生成”，即可產生類似彈簧的橫向螺旋切削刀路。

圖2 單向橫向切削參數設置及螺旋切削刀路

3 應用案例

諸如機翼下桁條、機翼下壁板、機身框架、隔框等飛機零部件都存在類似的方腔結構，為此文中僅以圖5所示的185 mm×245 mm×45 mm、拔模斜度5°、壁厚5 mm的方腔進行清角案例講解。

3.1 編程操作的設置

假設清角前已經采用D10R4刀具進行過二次開粗，本次僅對4個直棱拐角面進行加工。清角刀具選用D6R2，編程采用單向橫向切削清根參考刀具操作。

1）創建清根參考刀具操作，指定方腔部件，選擇D6R2刀具；2）在“驅動方法”→“方法”→“清根”快捷菜單中，“驅動設置”→“清根類型”選擇“參考刀具偏置”。“陡峭空間范圍”→“陡角”設置為90°[4]。非陡峭切削和陡峭切削按圖2左設置，切削模式選擇“單向橫向切削”，切削方向調整為“順銑”，“陡峭切削方向”中選擇“高到低”，步距值置為“10%刀具”直徑；3）其他參數默認，點擊“生成”出現圖3左底壁、側壁8處清角刀軌，而編程只需要4個直棱拐角面刀軌，因此需要進一步編輯程序。

3.2 刀軌路徑編輯

為獲得預想的直棱拐角面刀軌，一種方法是：指定切削區域確定清角區域。可在清根參考刀具操作的幾何體中添加“指定切削區域”，增選內腔4個壁，生成圖3右圖的刀路。仔細觀察發現，刀路在距底面切深2 mm區間內無刀軌，即使延伸刀軌此問題還是無法解決，嘗試通過清根驅動方式中切削順序編輯也不能獲得理想刀路。若采用設置底部為檢查體，將切削參數中檢查安全距離調整為0，依然存在刀路在距底面切深約2 mm區間內無刀軌。

在清根參考刀具操作中，為沿刀軸方向延伸刀軌路徑，可將底部分割移除掉，具體參數設置同3.1節。分析刀路發現，刀軌切深超過原底平面2 mm（即D6R2與側壁最低處相切）。若再次設置底部為檢查體，刀軌切深會再次停留在原底平面上方2 mm處，因此可通過刀軌編輯裁剪掉多余刀路[5]。

圖3 角清根

3.3 刀軌編輯

在清根參考刀具操作完成后，點擊鼠標右鍵“刀軌”→“編輯”，進入刀軌編輯器。在刀軌編輯器的編輯操作中點擊“修剪”進入“修剪刀軌”界面，“修剪幾何體”→“幾何體”選擇方腔內底面，方向遠離刀軸側或背離腔體一側；“轉移/快速”中指定腔體上表面5 mm平面；“確定”返回至刀軌編輯器。此時觀察刀路是否滿足需求，若有多余刀軌可在刀軌編輯器直接對其刀軌段進行編輯（如圖4）。圖5為刀軌編輯后的刀路，刀軌切至底面，且間距為0，一個圓弧進刀，到切削，退刀至下個圓弧進刀處，如此反復至完成加工。

圖4 “修剪刀軌”界面和刀軌段編輯界面

圖5 方腔直棱角處清角

4 結 語

文中介紹了參考刀具清根的兩種操作設置技巧。并對飛機中機翼下桁條、機翼下壁板、機身框架、隔框零部件等存在的方腔結構簡化案例，采用清根參考刀具操作（單向橫向切削）實現直棱拐角面清根進行了詳細講解，剖析了可能遇到的問題并提供了應對策略。文中涉及的螺旋清角的編程方法具有普遍的推廣意義和實用價值。