基于UG的大力神杯的五軸刀路設計與加工

黃麗

（廣東工貿職業技術學院機電工程學院，廣東 廣州 510510）

五軸聯動加工中心因其一次裝夾，可加工復雜曲面，高效且高精度而廣泛應用于各行業，但各類機床由于移動軸的行程范圍、轉動軸的旋轉角度的不同，故零件加工方法也會有差異，本文選擇大力神杯作為加工零件，應用UG軟件進行建模及刀路設計、仿真，選用小型五軸聯動加工中心GMI W2215進行加工，加工之前調整刀具與A軸的位置，檢查干涉情況，再進行加工。

1 大力神杯的建模

由于大力神杯的曲面較復雜，不易直接用軟件建模，故選擇用逆向設計的方法，即反求設計，按照產品引進、消化、吸收與創新的思路，以“實物-設計意圖-三維重構-再設計”為工作過程。首先進行利用三坐標儀進行數據點采集，盡量掃描全面，以便后續曲面構建更精準，其次進行數據點云處理及曲面重構，主要應用Imageware軟件對點云的網格化處理，建立多面體化表面，Imageware對點云的修剪、降噪、減少誤差等方面功能較強，適合大力神杯曲面復雜、細節特征豐富等特點，且該軟件的Surfacer功能遵循點-曲線-曲面原則對點云進行處理，可以用曲線通過蒙皮、掃掠、四個邊界線等方法生成曲面，也可以結合點陣和曲線的信息來創建曲面。還可以通過其它例如園角、過橋面等生成曲面，然后執行構造曲面片命令，在輪廓線內構造曲面網格，通過調整曲面片，使曲面片網格變得均勻整齊，最后執行構造柵格，及擬合NURBS曲線，使曲面光順、連續，并將其保存為IGES格式，導入UG作為加工模型。

2 五軸加工過程及參數及參數設定

毛坯選用φ50x80mm圓棒料，材料為鋁合金，在UG12.0中進行刀路設計及仿真。

表1 GMI W2215小型五軸聯動加工中心參數

2.1 零件粗加工

粗加工主要以去除大部分毛坯余量為主，故使用定軸3+2加工方式能提高加工效率，分別對毛坯的正反兩面進行，在UG加工中設置正面加工方法選用型腔銑（CAVITY MILL），選擇φ6mm平刀，刀軸為+Y，刀軌切削模式為跟隨周邊，吃刀量為0.3 mm，加工余量0.2 mm，主軸轉速12000r/min,進給量為4000mm/min，反面復制此刀路，只是將刀軸改為-Y，其余不變，如圖1、圖2所示。

圖1 正面定軸加工

圖2 反面定軸加工

由于零件高度僅80mm，為避免出現干涉，可先裝上刀具，將機床A軸轉到90度，刀具移動到最大切削位置進行查看，如若需要，可選擇適當的加長桿或長一點的刀柄。

粗加工時選用的刀具較小，吃刀量也不大，故窄槽處余量比較均勻。

2.2 零件精加工

零件的半精加工和精加工用機床的五軸聯動加工，UG加工模塊中設置加工方式選擇可變輪廓銑（VARIABLE CONTOUR）加工方式，驅動方法為曲面區域，選擇所有曲面，步距為殘余高度，投影矢量為刀軸，刀軸選擇垂直于驅動體；半精刀具為D6R3的球刀，主軸轉速為16000r/min，進給為2000mm/min，精加工刀具為R1的球刀，精加工刀路如圖3所示。

圖3 精加工

加工實物如圖4、圖5所示。

圖4 大力神杯1

圖5 大力神杯2

3 結論

五軸加工復雜曲面的方法因機床的參數特點及所應用軟件的不同而有所差異，本文所述方法僅其中之一，對小型五軸機床及應用UG軟件進行刀路設置的加工方式提供參考。