基于UG的零件建模和数控车削加工方法探究

2015-05-15茆兰娟

机电工程技术 2015年8期

茆兰娟，李军

（江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院，江苏盐城 224051）

0 引言

零件建模（UGCAD）和数控加工方法（CAM）是数控专业学生必须掌握的知识，要求会用UGCAD软件对零件进行三维实体建模，培养产品设计造型的能力；会用CAM模块对零件进行加工工艺设置、刀具及加工参数的选择和数控编制程序等，培养数控加工的能力。下面以一个实例来说明这两方面的知识。

高脚杯形状结构如图1所示：

主要尺寸：杯体高180.12 mm，杯上身高120.58 mm，杯大肚直径109.1 mm，杯口直径100 mm，杯壁厚2.45 mm，杯腿高59.94 mm，腿粗16 mm，脚盘高4 mm，脚盘直径100 mm。考虑到实例操作需进一步了解数控加工，故材料选用钢材。

图1 高脚杯零件图

1 高脚杯建模

高脚杯可通过以下步骤进行建模造型：绘制高脚杯轮廓截面曲线草图，利用回旋命令生成高脚杯实体，实体边倒角，隐藏实体多余轮廓线。

高脚杯实体造型过程：

（1）新建高脚杯零件文件

①在桌面上双击UGSNX 8.0的快捷方式，打开UGSNX 8.0；

③选择新建文档的存放位置为E盘，“文件名”为gaojiaobei，“文件类型”为部件文件（*.prt），“单位”为mm，单击“O K”按钮新建一个部件文件。

（2）绘制高脚杯截面曲线的草图

②绘制截面曲线。利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、“圆”命令绘制截面曲线，利用“约束”命令使各段圆弧光滑连接，如图2所示。

（3）利用回旋生成高脚杯实体

①选择回旋功能。选择主菜单上“插入”→“设计特征”→“回旋”，系统将弹出回旋实体特征向导栏。选择刚生成的草图，单击“自动判断的矢量”按钮，选择草图上CY方向的直线。单击“应用”按钮，显示参数并自动生成高脚杯回旋实体。

②在图形预览确定模型正确后，在特征向导栏中单击“取消”按钮生成实体，如图3所示。

（4）高脚杯实体倒圆角

②选择高脚杯实体上边界。在图形上选择回旋体的上底面的边界，在浮动菜单中输入半径值。单击特征向导栏中的“确定”按钮生成高脚杯实体圆角。

③选择高脚杯实体下边界。在图形上至上往下选择回旋体的四个下底面的边界，在浮动菜单中依次输入半径值，单击特征向导栏中的“确定”按钮生成高脚杯实体圆角，绘图结果如图4所示。

（5）隐藏高脚杯实体多余轮廓线

选择隐藏功能。选择主菜单上“编辑”→“隐藏”，系统弹出字菜单，选择隐藏选项，选择截面曲线和XC-YC主平面，单击浮动菜单中的“确定”按钮完成操作，生成效果如图5所示。

（6）保存高脚杯文件

完成高脚杯实体造型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”→“保存”，系统弹出UGS NX 8.0浏览器，选择需要保存的文件夹，并输入文件名“gaojiaobei”单击“保存”按钮保存高脚杯文件。

2 高脚杯编程加工

（1）高脚杯加工工艺分析

高脚杯零件的加工，可按先进行零件内表面的粗、精车加工，后进行外轮廓的粗、精车加工的方式进行切削加工。表1所示为加工过程中有关工艺参数选择（参考）。

图2 高脚杯造型流程

图3 高脚杯截面曲线

图4 高脚杯的回旋实体

图5 完成高脚杯实体后倒圆角

表1 工艺参数

（2）分析高脚杯零件图样，确定加工方案

高脚杯零件主要由直线、圆弧及曲线组成，高脚杯杯身的曲线部分采用圆弧相切的方式连接而成，各切点坐标已知。

高脚杯零件结构工艺性分析：高脚杯零件属于薄壁、细长件，杯自身结构刚性差，易产生振动；承受切削和夹紧能力差，易引起热变形，必须正确选择刀具和切削余量，合理安排加工工序，以减小和补偿形变，保证高脚杯加工精度。

高脚杯精度及技术要求分析：尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和其他一些特殊要求。

高脚杯的加工方案：零件毛坯采用钢材，机床采用CYNC-400TA数控车床，系统为FANUC Seriesoi Mate-TC；刀具选择：外圆车刀、内孔车刀、切槽刀及中心钻、Ф20mm钻头；夹具为三爪自定心卡盘。内表面加工结束采用轴－径向退刀，避免撞刀；外轮廓采用斜线退刀，编程选择手工编程。

（3）高脚杯零件材料分析

45钢是轴类零件的常用材料，调质（或正火）处理后，可得到较好的切削性能，并能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600 MPa，屈服强度为355 MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39 J。

（4）数控机床的选择

高脚杯零件为薄壁、细长的悬伸件，适用数控车床加工。车床采用学校数控车实训室提供的CYNC-400TA卧式数控车床，系统为FANUCSe⁃ries oi Mate-TC。床身上最大回转直径：400 mm，过拖板最大回旋直径：230 mm，最大工件长度：750 mm，X轴最大行程：210 mm，Z轴最大行程：630 mm，主轴头型号：ISOA2-6，主轴通孔直径：Ф52 mm，变速方式：无级，主轴转速：200～300 r/min，主轴电极功率：7.5 kW，尾座套筒直径与行程：Ф52 mm、100 mm，尾座锥度孔：MT4，刀架∶四工位电动刀架，冷却电机：90 W，冷却流量：20 L/min，润滑电机：20 W，润滑排量和时间：3～6 mL/次、15 min/次，电源电压：380 V，相数：3，频率：50 Hz，熔断器额定电压：50 A，设备容量：20 kVA，加工精度：IT5～IT6。

（5）工件的定位与装夹

机械加工中必须使工件相对刀具和机床处于正确的位置，高脚杯零件属于圆柱面定位，可用三爪自定心卡盘装夹。三爪自定心卡盘装夹方便，有自定心作用，适应性强，可缩短生产准备周期，成本低。但定心精度不高、夹紧力小。用三爪自定心卡盘装夹适用于生产中小尺寸、形状规则的单件工件。

（6）刀具选择与安装

刀架选用四工位电动刀架，分别装夹外圆刀、内孔刀和切断刀；麻花钻及中心钻装于尾座。

（7）编制高脚杯数控加工程序

加工程序如下：

3 数控加工注意事项

（1）高脚杯零件属于薄壁细长工件，加工中径向受力容易增大圆度误差和直线度误差，故应做到粗车时夹紧力大，精车时适度减小夹紧力；孔内用撑杆支撑，使工件的承受力增强；刀具采用较大主偏角和刀刃锋利的车刀，选用切削用量时以减小切削力和切削热为原则，切削深度和进给量应减小。防止工件温度过高，工件受热伸长会引起弯曲变形，切削用量不宜过大，要注意充分冷却。如图6和图7所示为加工零件高脚杯内孔和外圆。

图6 加工零件内孔

图7 加工零件外圆

（2）高脚杯工件验收与质量误差分析。高脚杯工件的测量主要是测量高脚杯各轴向的长度、外径值及内外圆弧圆度。因高脚杯整体尺寸精度要求不高，故可采用实训室提供的游标卡尺等量具。

高脚杯零件的成品经测量发现各轴向尺寸合格，杯脚部分的径向尺寸也在控制范围内，但圆弧尺寸不正确，尤其是内圆弧误差较大；另外杯肚底因钻头钻的过深，留下明显凹陷部分。总结原因：主要是由于装夹时定位精度不高，加工内圆弧时因无法使用顶尖定位，使工件加工时振动强烈，影响精度；其次，刀具刀尖有磨损，也直接影响工件的加工精度，如图8所示。