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CAD/CAM软件 |
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基于UG/CAM的典型零件加工 |
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作者：葛菊英 章红梅 |
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Unigraphics(简称UG)是集CAD/CAM/CAE/CAID一体化的三维参数化的集成高端软件，CAD功能实现了目前制造业中常规的过程技术、设计、绘图功能的自动化，CAM功能则为使用Unigraphics设计模型描绘完成的现代机器工具提供NC编程技术。
利用UG/CAM功能加工较大的复杂曲面，其加工模组(Manufacturing Module)有铣削、钻削、车削和线切割的制作和后处理，提供很多加工方法，产生刀具路径、模拟加工、建立刀具位置原始文件(CLSF)，并经后处理器产生NC码，最后将NC码传入NC机器中，实施加工，得到所需的产品。系统可提供多种加工类型，用于各种复杂零件的粗加工、半精加工和精加工，可根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求，选择合适的加工类型。
1 加工电吹风型芯模型
电吹风产品如图1所示，出风口连接处倒R0～R10mm的变圆角，表面粗糙度3.2，由主体、出风口、手柄、分型面、键槽等部分组成。
图1 电吹风产品图
电吹风型芯模型如图2，材料为NAK80模具钢件，时效硬化37～41HRC。首先，对零件进行分析，包括：机床的选择、零件的尺寸分析、加工方法和加工路径的选择、夹具的选择、刀具的选择及切削用量的确定；其次，零件加工前还要编写正确的数控加工工艺及加工程序，操作时还要进行工件的找正、对刀及工件原点的确定。
图2 电吹风型芯模型
2 形状特征的分析
点击图标，即可进入加工模块，选择“分析”→“NC助理”，NC助理可以收集加工工件的圆角半径、壁面的拔模角度，帮忙用户选取刀具直径、刀具的底角半径，制定加工工艺。或选择“分析”→“几何特性”，也能分析半径、坐标值等数据。
分析得知，在手柄上最小的圆角半径是1mm，连接处圆角半径7mm，拔模角10°。选择“分析”→“测量距离”，此选项，得到模仁的尺寸长×宽×高=220mm×160mm×55.128mm，上面键槽距离为2.125mm,键槽拔模角1°。
3 生成零件毛坯和工件工作坐标
(1)零件毛坯的设定。建立毛坯的方法有很多种，“创建几何体”对话框的选择“WORKPIECE”，创建几何体中的部件几何体、毛坯几何体、切削区域。创建毛坯几何体还有一种方法是用“所有应用模块”→“电极设计”→“创建方块”，作为毛坯几何体。在实际中常采用四面分中，最高面为零来设置原点，方便操作人员设置机床原点坐标。
(2)加工坐标系(MCS)及安全平面的设定。在加工中设置的坐标系为加工坐标系(MCS)，设置的原则是：一般与工件坐标系一致；便于加工者快速准确对刀；对称零件的坐标原点应选在对称轴上；考虑加工产品在数控机床上的装夹摆放情况。此处电吹风型芯模型中，原点在上表面四周的中心，Z轴朝上，如图2所示。由于数控机床运动速度较快，为了保证加工安全，需要安全平面设置，一般与上表面距离10mm处。
4 刀具的设定
刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工品质。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
应当尽量减少刀具数量，一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；先进行底面加工后侧面加工；加工时尽量在外面进刀；在满足不过切的条件下，优先采用平底刀，平底刀在表面加工质量和切削效率方面都优于球刀。
常用数控加工刀具规格(mm)：圆鼻刀φ63R6、φ50R6、φ35R5、φ32R5、φ30R5、φ25R5、φ20R4、φ16R4、φ12R4、φ10R0.8、φ8R0.5、φ4R0.5；平底刀φ12、φ10、φ8、φ6；球刀R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.5、R1、R0.5等。
在开粗中，考虑毛坯的尺寸，如毛坯为80×80，则选φ25R5φ16R0.8；如毛坯为100×100，则选φ35R6、φ32R6、φ30R5开粗。如毛坯大于300×300，则选大于φ35R6的刀具开粗。在圆倒角和拐角进行时，应选用直径小于圆倒角几何尺寸70%的刀具，使拐角处的刀具路径更加平顺，降低刀具负荷。
本实例中，根据零件结构特点和尺寸要求，结合车间刀具的实际情况，完成型芯模型数控加工选用5把刀具：D32R5圆鼻刀、D10R0.8圆鼻刀、D10平底刀、R3球刀、D2平底刀。
5 加工参数的设定
加工中重要的切削参数有主轴转速、进给速度、加工步距(残留高度)、加工深度和加工余量等，一般在选择这些参数时即要考虑零件的加工精度又要考虑机床的加工效率。
根据经验数据和工艺手册，本实例中主轴转速、进给速度、加工深度采用表1数据。设定粗加工余量为0.3～0.5mm，半精加工余量0.05～0.3mm，精加工余量为0。
步距是大小决定零件加工表面质量和加工效率的重要因素，必须合理搭配。本实例中，一般取粗加工和半精加工步距为60～90%刀具直径，精加工步距小于50%刀具直径。
一般粗加工过程中余量较大，应选用逆铣加工方式，以减小机床的震动；工件表面凹凸不平较显著时的情况下，应采用逆铣；精加工时，为达到精度和表面粗糙度的要求，应选择顺铣加工方式；有开放加工区域的粗加工采用混合铣，减少空刀，节约加工时间。
6 进刀和退刀的设定
进、退刀方式对被加工件的质量有着重要的作用，绝对不允许直接在加工工件上垂直下刀，这样会发生“扎刀”和“断刀”事故。在开始加工时，尽量从工件外面进刀，保证刀具寿命。所有的进刀螺旋下刀是所有下刀方式中对刀具影响最小的一种下刀方式，优先采用螺旋下刀。斜直线下刀主要用于小区域而且狭长的区域的加工中，如狭长的矩形区域加工，生成不了螺旋下刀就可以使用斜直线下刀。开粗采用螺旋下刀或斜直线进刀，精加工时用斜直线进刀。螺旋下刀直径一般取刀具半径的50%～100%，高度不超过3mm，倾斜角度不超过10°。
7 工艺方案
根据以上分析，最终制定以下加工工艺方案(见表1)。
表1 加工工艺方案
 分析如下：
序号3中，平面铣半精加工分型面，留一次切削的精加工余量0.05mm，在序号5中精加工一次分型面，完成光面加工，保证加工品质。
序号8中，平面铣精加工清角，根据经验角落留0.01mm的余量，两个面的接刀会比较好，防止过切尺寸变小，假如多余可以抛光处理。切削方式为配置文件表示沿轮廓走一次。
(1)数控程序的仿真加工。在依次创建几何体名称、加工坐标系、安全平面、毛坯几何体、加工操作、参数输入后，最后完成电吹风型芯加工，利用UG的加工仿真功能可以交互式地模拟演示材料按数控刀轨数据被去除的过程，在加工前对完成的加工操作进行验证。
(2)生成加工NC代码及实际加工。CAM的过程的最终目的是生成一个数控机床可以识别的代码程序，完成零件的加工。利用UG系统的后置处理器功能生成电吹风型芯模所需要的NC代码。选择已生成的刀具路径，选择“工具”→“操作导航器”→“输出”→“UG/后处理操作”命令。生成一个NC代码的文本文档。在实际加工中，根据工艺步骤，输入合理参数，完全保证了加工品质。
8 结束语
应用UG/CAM进行电吹风型芯模的数控加工，提高了零件加工精度和效率，通过完整的操作设置过程，结合实际生产经验，制定规范的数控加工工艺路线，选用合理的加工参数，保障了零件的加工品质，为数控加工编程积累了宝贵的实际经验。
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(2/21/2012) |
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