基于NX軟件的吊鉤凹模零件加工及編程技巧

賴 輝 袁智權(quán) 黎家寶

（茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，茂名 525000）

切削加工用到的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的核心硬件，是制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)和前提，而切削加工過(guò)程的策略設(shè)計(jì)、工藝流程及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)等則可認(rèn)為是加工的軟件支持。只有硬件和軟件結(jié)合，才能高效地制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1 模型分析

圖1為一種吊鉤的凹模模型，凹模材質(zhì)為P20鋼，硬度約48HRC。在NX軟件中安裝外掛“浩強(qiáng)工具”，通過(guò)浩強(qiáng)工具的尺寸盒子，可查出整個(gè)模型的最小包圍尺寸，即該模型的坯料尺寸。在這個(gè)模型中，坯料為150mm× 150 mm×25mm。再通過(guò)“分析”中的“局部半徑”，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊加工曲面的不同位置，可得到各位置的曲率半徑值，為選擇切削刀具直徑提供參考。

圖1 加工模型

2 刀路設(shè)計(jì)

在加工刀路設(shè)計(jì)前，編程人員要將原模型進(jìn)行備份。在NX中可利用“層”的關(guān)系進(jìn)行備份，如將原模型復(fù)制到一個(gè)新圖層，然后在圖層設(shè)置中將復(fù)制的圖層設(shè)置為工作層，關(guān)閉原模型所在圖層。備份之后，無(wú)論工作層的模型如何變化，原模型始終保留最初的幾何數(shù)據(jù)，在多部門協(xié)同作業(yè)的環(huán)境下具有現(xiàn)實(shí)意義。模型備份好后即可進(jìn)入NX的加工環(huán)境，即工序?qū)Ш狡鱗1]。

2.1 設(shè)置加工坐標(biāo)系

在工序?qū)Ш狡鞯膸缀我晥D中，首先，在工件上表面中心處創(chuàng)建一個(gè)工作坐標(biāo)系WCS，通過(guò)WCS動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使WCS的方向與設(shè)想的加工方向相同；其次，設(shè)置加工坐標(biāo)系MCS，使MCS參考剛建立的WCS；最后，創(chuàng)建安全平面，即加工開(kāi)始時(shí)的下刀平面和加工完成后的提刀平面，為安全起見(jiàn)，設(shè)置安全平面距離坯料表面30mm。

2.2 設(shè)置加工工件

在MCS下通過(guò)插入幾何體，進(jìn)入創(chuàng)建幾何體對(duì)話框，選WORKPIECE確定后進(jìn)入工件對(duì)話框，在指定部件處點(diǎn)工件作為加工部件幾何體，在指定毛坯處點(diǎn)擊進(jìn)入毛坯幾何體對(duì)話框，在類型處選包容塊。確定后得到加工工件WORKPIECE。

2.3 設(shè)置加工刀具

切換到機(jī)床視圖，在GENERIC_MACHINE處插入刀具，在刀具子類型中選擇MILL，在名稱處寫(xiě)入：D10R2，確定后進(jìn)入銑刀參數(shù)對(duì)話框，填入刀具主要參數(shù)：直徑10mm、下半徑2mm，確定后即建立了第一把刀。用同樣的方法創(chuàng)建第二把刀D6R1。第三四把刀分別為直徑6mm和2mm的球刀，創(chuàng)建方法與前兩把刀一樣，只是在刀具子類型中選擇BALL_MILL，分別命名為R3和R1。

2.4 設(shè)置加工方法

切換到加工方法視圖，通過(guò)插入工序，進(jìn)入創(chuàng)建工序?qū)υ捒颉９ば虻拿惨幸饬x，例如根據(jù)所用刀具來(lái)命名——D10R2-ROUGH，表示用D10R2的刀進(jìn)行開(kāi)粗加工。刀具后加SEMI-FINISH表示半精加工，加FINISH則表示精加工。

開(kāi)粗加工：開(kāi)粗加工采用型腔銑，切削模式為跟隨部件，步距為刀具平面直徑的60%，每刀切削深度恒定，最大距離為1mm。切削深度要根據(jù)材料的硬度來(lái)定，材料硬度越大則此值越小。

切削參數(shù)的設(shè)置：在策略選項(xiàng)卡中，一般情況下切削方向選順銑，切削順序選深度優(yōu)先（可提高加工效率）。在余量設(shè)置中，由于是開(kāi)粗，切削余量要足夠，設(shè)置為0.5mm。開(kāi)粗加工的公差也留大些，取0.03mm。在連接選項(xiàng)卡中，在開(kāi)放刀路處選變換切削方向（刀具可來(lái)回切削，提高加工效率）。

非切削移動(dòng)的設(shè)置：進(jìn)刀類型為與開(kāi)放區(qū)域相同，長(zhǎng)度為60%（即刀具中心離工件邊緣為60%的刀具直徑，確保有10%直徑即1mm的安全距離，防止刀具碰撞工件），在轉(zhuǎn)移/快速選項(xiàng)卡中，轉(zhuǎn)移類型選前一平面，將安全距離設(shè)置為1mm（縮短提刀高度，減少非切削加工的移動(dòng)時(shí)間）。

主要的參數(shù)設(shè)置完成后，其余參數(shù)使用默認(rèn)即可。點(diǎn)擊操作選項(xiàng)下的“生成”按鈕，即可生成開(kāi)粗刀具路徑。

半精加工：開(kāi)粗完成后進(jìn)行半精加工，刀路設(shè)計(jì)過(guò)程與開(kāi)粗類似。可將開(kāi)粗加工的刀具路徑及參數(shù)設(shè)置復(fù)制后粘貼，再修改參數(shù)即可成為半精加工的刀具路徑。此法可減少重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量。在刀軌設(shè)置中將最大距離設(shè)為0.5mm，在切削參數(shù)里中修改余量為0.2mm，在空間范圍選項(xiàng)卡處理中的工件處選使用基于層，這是因?yàn)榘刖庸ぶ恍枰谐_(kāi)粗后留下余量和刀具切不到的地方。為了減少刀具的轉(zhuǎn)移，可在切削模式處將跟隨部件改為跟隨周邊，再將刀路方向設(shè)置為由外向內(nèi)[2]。

精加工：在半精加工后再插入一個(gè)固定輪廓銑的精加工工序，刀具選擇R3球刀，加工幾何體不再是WORKPIECE而是WCS，驅(qū)動(dòng)方法選曲面，然后依次選擇需要精加工的曲面。通過(guò)點(diǎn)選箭頭選擇切削方向，使切削方向?yàn)閺耐庀騼?nèi)，再點(diǎn)選材料反向，使材料方向箭頭指向刀具。切削模式為往復(fù)，步距則用殘余高度來(lái)控制，最大殘余高度設(shè)置為0.005mm，切削步長(zhǎng)用公差來(lái)控制，內(nèi)外公差均設(shè)置為0.01mm。切削參數(shù)的設(shè)置：余量為0mm，公差為0.01mm。

非切削移動(dòng)的設(shè)置：進(jìn)刀類型為圓弧-平行于刀軸，半徑為3mm。參數(shù)設(shè)置好后點(diǎn)生成即可生成切削刀路。

3 工藝參數(shù)設(shè)定

加工刀具路徑設(shè)計(jì)完成后，還需要對(duì)每個(gè)工序的刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等工藝參數(shù)設(shè)定一個(gè)合理值，或憑工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)值。不同的坯料材質(zhì)、不同的刀具、不同的機(jī)床及冷卻情況等都對(duì)該參數(shù)有影響。具體操作方法為：在每道工序處點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵對(duì)象進(jìn)給率，進(jìn)入進(jìn)給率和速度對(duì)話框，即可對(duì)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率進(jìn)行設(shè)定。

至此，切削路徑及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)已基本完成，通過(guò)模擬可看出大致的加工效果。對(duì)刀路進(jìn)行后處理后即可得到相應(yīng)的加工程序。坯料在機(jī)床上的真實(shí)加工效果也令人滿意。

4 刀路優(yōu)化及編程技巧

首先，在開(kāi)粗刀路設(shè)計(jì)時(shí)，放大刀具軌跡可以看出，刀具是圓弧切入切出工件的開(kāi)放區(qū)域，在機(jī)床穩(wěn)定性不是很好的情況下，圓弧切入切出的方式可能會(huì)對(duì)尖角造成過(guò)切。為了避免尖角過(guò)切，可考慮直入直出的方式。具體方法是在加工幾何體處找到指定修剪邊界，通過(guò)選擇或編輯修剪邊界對(duì)話框，選取底面四條邊界來(lái)修剪掉邊界外部的路徑，重新生成即可得到直線切入切出的刀具路徑。

其次，在生成第三道工序（R3-FINISH）時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，刀具每次從開(kāi)口處進(jìn)出及刀具轉(zhuǎn)移都剛好在開(kāi)口的邊緣處。這樣的進(jìn)退刀及轉(zhuǎn)移位置對(duì)工件的邊緣會(huì)有影響，刀路設(shè)計(jì)時(shí)要避免這種情況，盡量使進(jìn)退刀及刀路轉(zhuǎn)移位置偏離邊緣一定距離。方法1：在切削參數(shù)策略鉤選在邊上延伸，設(shè)置延伸距離為1mm，確定后重新生成刀路，如果刀路移出邊緣了就大功告成，如果沒(méi)有變化說(shuō)明未符合移出條件，要另想辦法。方法2：利用圖層功能復(fù)制出的新圖層，原圖層關(guān)閉，在新圖層上修改模型，避免原模型變化。重新返回建模模塊，將模型左面（進(jìn)退刀那個(gè)面）向外延伸1mm，再編制刀路，此時(shí)刀路也會(huì)往外延伸1mm，但實(shí)際上坯料左面并非增加了1mm。這樣，通過(guò)運(yùn)用“欺騙”軟件的技巧，重新建模重構(gòu)刀路，達(dá)到刀路偏移的目的。

在用經(jīng)優(yōu)化的刀路進(jìn)行實(shí)體切削、手工打磨（省模）和初步拋光后，得到的實(shí)物零件尺寸精度、表面質(zhì)量等均達(dá)到較高水平，如圖2所示。

圖2 初步拋光后的效果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的編程與加工實(shí)例，說(shuō)明NX軟件的編程過(guò)程和一些技巧。NX軟件將建模和數(shù)控加工技術(shù)結(jié)合起來(lái)，避免了在不同的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工帶來(lái)的格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題，對(duì)模型的更改也可以快速地在加工模塊中更新，提高了編程效率和加工質(zhì)量。