維納斯工藝品五軸聯動數控編程及加工仿真

竇 磊

（廣東省機械技師學院，廣東廣州 510450）

Unigraphics（UG）是目前先進的計算機輔助設計、制造和分析軟件之一，其功能強大。本文利用UGNX10.0軟件對維納斯女神工藝品進行五軸聯動編程數控加工，突出體現五軸聯動數控機床在實踐加工中的優勢（一次裝卡，5個面全部加工完成）。

1 工藝要點

（1）加工工序的劃分。①刀具的集中分序；②精、粗加工分序；③按加工的部位進行分序。

（2）工件裝夾方式的確定。①應盡量采用組合夾具；②對于零件定位、夾緊部位，應考慮不會妨礙其各部位的更換刀具、加工和重要部位的測量；③對刀時應直接或間接地使對刀點和刀位點重合；④“換刀點”應該根據工序的內容安排。

（3）編程的誤差及控制。①幾何建模的誤差；②舍入誤差；③逼近誤差。

2 夾具設計

本次加工使用三爪卡盤進行加工。為了防止工作臺及卡盤與銑床主軸套筒或刀套、刃具在加工過程中發生碰撞，設計出五軸通用夾具卡盤進行裝夾，該夾具以中心圓卡位，再利用螺絲鎖緊工件進行加工。

3 數控編程

3.1 毛坯的創建

雙擊[WORKPIECE]→[指定部件]與[指定毛坯]，毛坯選擇大小為“Φ60×110鋁棒”。

3.2 刀具選擇

數控刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。在滿足加工要求的前提下，根據工件尺寸大小，列出加工工藝清單，見表1。

表1 加工工藝清單

3.3 底面加工

先使用Φ12立銑刀開粗并精修，再使用Φ6.8麻花鉆頭鉆孔（先銑好平面才能保證鉆孔的尺寸及位置精度），然后使用Φ10倒角立銑刀倒角去毛刺，最后使用Φ8絲錐銑刀攻牙。攻牙是用一定的扭矩將絲錐旋入要鉆的底孔中加工出內螺紋。攻絲參數計算方法：進給量=轉速×絲錐螺距。例如，M8的牙距為1.25mm，則進給量就是轉速的1.25倍。使用加工后的毛坯，將毛坯拆下，裝上五軸通用夾具，并使用螺絲將工件毛坯鎖緊在夾具上開始加工模型。

3.4 開粗

粗加工使用型腔銑加工，因工件不對稱，故需要創建一個干涉面控制加工深度。進入建?！鷦摻ɑ鶞势矫妗鷦摻ú輬D→拉伸草圖曲線→生成干涉面，如圖1所示，選擇型腔銑加工方法，“指定檢查”（干涉面），刀軸選擇指定矢量。設置好切削參數、非切削參數、進給率和速度相關參數，單擊“生成”，生成刀軌。此處需要注意的是，底面是已加工表面，所以為了避免刮花工件表面需要指定修剪邊界。在草圖中劃出圖1所示邊框，選擇該線框為修剪邊界。

圖1 模型干涉面設置

為了防止工件過切，在模型中間處加了兩個管道一起選為部件開粗，型腔銑開粗反面，偏移已做好的干涉面5mm，讓其加工有5mm重合。復制“型腔銑開粗正面”刀軌，“指定檢查”（干涉面）選擇偏移的干涉面。生成刀軌如圖2和圖3所示。由于部分地方較小，Φ12立銑刀銑不到，所以需要換Φ10R5球頭銑刀二次開粗。復制Φ12立銑刀的刀路，參考刀具選擇Φ12立銑刀，重新設置步距及每刀切削深度參數。反面同理。

圖2 正面刀路設置

圖3 反面刀路設置

3.5 精加工過程

3.5.1 半精加工處理

五軸加工曲面時，因工作類似回轉類工件但不規則，所以要創建一個規則回轉曲面作為驅動面。因此驅動方法使用曲面驅動，刀軸使用垂直于驅動體。進入建?！鷦摻ㄇ€→旋轉曲線→生成曲面（用做驅動面）。

創建工序可變輪廓銑如圖4所示，驅動方法用曲面，投影矢量選擇刀軸，刀軸選垂直于驅動體。進入驅動方法界面，指定驅動幾何體（選擇旋轉的曲面），設定好切削方向、驅動設置參數等。由于驅動體并非在工件的中心處，所以底下斜面會有部分未銑削到?？梢灾付ㄒ粋€檢查體，部件選擇整體即可生成刀路。

圖4 可變輪廓

復制Φ10R5球頭銑刀二開刀路，修改驅動方法里的驅動設置，使用Φ6R3球頭銑刀再次開粗。此時可以不選檢查體。生成圖5曲面區域驅動方法一刀路，復制Φ6R3球頭銑刀的二開刀路，選上檢查體并修改驅動設置豎直與水平限制為0.5mm生成刀路，再進行一次半精加工，使得工件的余量均勻。

圖5 曲面區域驅動方法一

3.5.2 精加工的過程

復制Φ6R3球頭銑刀的半精加工刀路，修改驅動設置參數精修工件。如圖6曲面區域驅動方法二，加工仿真利用VERICUT軟件進行模擬加工仿真。選擇控制系統及機床模擬仿真。

圖6 曲面區域驅動方法二

工位1選擇三爪卡盤做夾具并設定好毛坯，設置好加工坐標系與G代碼偏置（程序零點）。創建所需要用的刀具，添加程序進行仿真。

工位2導入五軸通用夾具，設置好加工坐標系與G代碼偏置（程序零點）。添加程序進行模擬仿真加工。仿真加工兩種顯示結果，零件顯示及機床切削模型如圖7圖所示。

圖7 零件顯示及機床切削模型圖

4 結束語

計算機技術的迅速發展大大推動了現代設計方法——虛擬設計的發展和應用，極大地提高了勞動生產率。UG不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。本設計根據維納斯造型的動態數據，應用UG軟件對其進行編程，數控加工經過粗加工、半精加工、精加工等相應的步驟，學會嘗試不同的困難解決方案，從中也能體會到很多關于金屬加工的典型案例，學到很多先進的制造方法，結合先進的加工模擬仿真的應用，提高對UG軟件的實際操作能力。