基于UG的復(fù)雜模具零件編程技術(shù)的研究
2018-12-29 來源：宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：劉 勇，宋 寧，劉存平
【摘要】結(jié)合UG軟件在CAM編程模塊上的強大功能，以典型的模具型腔零件為例，重點研究復(fù)雜模具零件的編程設(shè)計方法。包括制定合理的加工工藝方案，選擇合適的加工刀具，正確創(chuàng)建加工工序。經(jīng)仿真加工驗證，設(shè)計有效合適的刀路，可提高工件的整體加工精度與光潔度。
關(guān)鍵詞：UG軟件；型腔；編程；設(shè)計
1 、引言
UG 是模具數(shù)控加工行業(yè)最常用的編程軟件之一，具有強大可靠的刀具軌跡生成方法，可以完成銑削（2.5軸～5軸）、車削、線切割等的編程。對同類零件的編程，UG軟件可設(shè)計一個編程模板與主模型相關(guān)聯(lián)，當(dāng)編程對象發(fā)生改變后，只需重新計算刀軌即可，提高了編程效率。數(shù)控銑削是復(fù)雜模具零件最主要的加工方法，要達到模具零件的高精度，除了要有高精密的數(shù)控加工設(shè)備以外，還需編制出高質(zhì)量的數(shù)控加工程序，這是因為程序中不僅包含了零件的加工工藝過程，還包括了加工工藝參數(shù)，如切削用量、刀具形狀尺寸、走刀路線等。本文以一個典型的模具型腔零件為例，介紹利用 UG 軟件對其進行數(shù)控編程過程與應(yīng)用的特點。
2 、零件加工工藝分析
型腔為整副模具的關(guān)鍵運作的精密部件，其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，加工難度非常大，往往制造的人工成本就超過了材料的本身 。模具型腔零件的二維、三維圖如圖1、圖2所示，在運用UG軟件對零件生成刀軌前，需對零件進行加工工藝分析，制定出合理的加工工藝方案。模具型腔零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，在制定加工順序中需充分考慮零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、剛度和加工精度等，選擇合適的刀具切削，以先面后孔、先基準(zhǔn)后其它、先主后次及盡量減少換刀次數(shù)提高切削效率為原則，制定出模具型腔零件的加工工藝方案。加工順序如下：首先用 D30R4mm 刀具對其進行開粗→D12mm 刀具二次開粗→D16R0.8mm刀具半精加工平面→D8R4mm半精加工膠位與枕位，留 0.1mm 余量→D8R4mm 刀具半精加工頂面曲面，留 0.06mm 精加工余量→D12mm刀具精加工平面→D6R3mm刀具精加工膠位及枕位→D6R3mm刀具精加工頂面曲面→D6mm刀具清角加工，清 D6R3mm 加工不到位的膠位、枕位側(cè)邊→D6R3mm刀具加工流道。零件加工工藝過程如表1所示。
3 、編程設(shè)計
3.1 粗加工
創(chuàng)建粗加工工序時為了提高加工效率，在機床剛性及刀具強度允許的情況下盡量選擇較大直徑的切削刀具、較大的切深與進給速度對其進行切削。測量出毛坯尺寸為 157×142×45mm，編程坐標(biāo)系創(chuàng)建在毛坯上平面中心處，粗加工工序的切削刀具為D30R4牛鼻刀，銑削方法采用[型腔銑]，切削模式選擇“跟隨周邊”，每刀切削步距為“6mm”，每刀切削深度為“2mm”，切削方向采用“逆銑”，切削順序選用“層優(yōu)先”，側(cè)壁與底部余量統(tǒng)一為“0.2”；非切削參數(shù)設(shè)置中的進刀與退刀方式均采用“螺旋進刀”，主軸轉(zhuǎn)速與進給速率按表1對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，生成粗加工走刀軌跡，如圖3所示。
首次開粗時為了提高加工效率，一般選擇的是較大直徑的刀具進行切削，對于較小距離的特征區(qū)域刀具便無法進入切削。創(chuàng)建二次開粗工序，選擇一把直徑為12mm 的立銑刀對首次開粗未加工的部份進行二次開粗，銑削方法與首次開粗一致，每刀切削深度為“1.0mm”，側(cè)壁與底部余量仍然為0.2mm，根據(jù)刀具剛性對切削用量參數(shù)進行重設(shè)。為了避免刀具對已加工面進行重復(fù)切削，將處理中的工件（IPW）選擇“使用3D”，UG 軟件便以先前工序切削后的模型作為此道工序的毛坯，此道工序僅加工部件上遺留的材料，生成二次開粗走刀軌跡，如圖4所示。
3.2 半精加工
模具零件的材料硬度很高且形狀復(fù)雜，在完成粗加工后精加工前，需對各表面進行半精加工，保證精加工的切削余量均勻，提高工件各表面加工質(zhì)量。各平面半精加工編程方法采用 [ 面 銑]，刀具選用D16R0.8mm 牛鼻刀，加工余量為“0.1mm”，生成平面半精加工走刀軌跡，如圖5所示；帶有拔模角度的膠位與枕位的編程方法選用[深度輪廓加工]，刀具選用D8R4mm球頭刀，設(shè)置最小切削長度為“1mm”,每刀切削深度恒定為“0.15mm”部件余量為“0.1mm”，切削采用混合銑、深度優(yōu)先方式，其余切削參數(shù)根據(jù)加工工藝過程表設(shè)定，生成膠位與枕位刀軌圖，如圖6所示；頂面曲面的半精加工編程方法采用[區(qū)域輪廓輪廓銑]，驅(qū)動方法選用“區(qū)域銑削”，刀具選用 D8R4mm 球頭刀，部件余量為“0.06mm”，在切削參數(shù)中指定切削方向為“順銑”、剖切角指定與 XC 的夾角為“45°”，延伸路徑在邊上延伸“0.2mm”，進刀與退刀類型均采用“插削”方式，生成頂面精加工走刀軌跡，如圖7所示。
3.3 精加工
在完成半精加工后制定精加工工序時，首要考慮的是如何保證零件的尺寸精度和表面質(zhì)量。精加工切削用量參照表 1 設(shè)置，用 D12mm 立銑刀精加工平面 ，編程方法采用 [ 面 銑]，加 工 余 量為“0mm”；用D6R3mm球頭刀精加工膠位及枕位的側(cè)邊，編程方法采用[深度輪廓加工]，部件余量為“0mm”；用D6R3mm球頭刀精加工頂面曲面，編程方法采用[區(qū)域輪廓銑]，部件余量為為“0mm”；用 D6mm 立銑刀精根加工D6R3mm刀具加工不到位的膠位、枕位側(cè)邊及D12mm刀具加工不到的平面,清根加工刀軌如圖8所示；最后對流道進行加工，加工刀具為 D6R3mm 球頭刀，編程方法采用[固定輪廓銑]，以流道中心拉伸一個面作為驅(qū)動曲面，驅(qū)動方法選用“曲面”，生成刀具加工軌跡，如圖9所示。
4 、仿真加工
UG 軟件提供零件的仿真切削功能，能夠觀察刀具切削加工過程，判斷是否存在干涉等情況，同時在仿真切削中，軟件會給出有關(guān)的加工過程報告，這樣可省去試切加工過程，降低成本，提高了加工效率。對零件進行仿真切削，仿真切削結(jié)果如圖10所示，仿真加工過程中未出現(xiàn)干涉、欠切、過切等情況，加工結(jié)果達到了預(yù)期效果。
5 、結(jié)語
采用UG軟件能快速方便地進行復(fù)雜模具零件的數(shù)控加工編程，并通過仿真切削功能，可實時觀察零件在加工過程中出現(xiàn)的各種情況，減少零件的試切加工次數(shù)，降低加工成本。上述實例為典型的復(fù)雜模具零件，結(jié)合模具零件自身的特點及 UG 軟件的編程方法，創(chuàng)建用于數(shù)控機床加工的加工工序，針對不同的加工表面選擇適當(dāng)?shù)木幊谭椒ǎ鉀Q了加工復(fù)雜曲面下刀難、走刀路徑不易控制等問題，在提高加工效率的同時也保證了零件表面質(zhì)量。
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