自动编程加工技术在模具零件上的应用

■ 四川机电职业技术学院 （四川攀枝花 617000） 曹金龙 陈佳欣

■ 四川鸿舰重型机械制造有限责任公司 （四川攀枝花 617000） 钟永兴

曲面铣削是一种刀具沿曲面外形运动的加工类型，加工时机床沿X轴、Y轴、Z轴联动。曲面铣削刀具在加工过程中下插和上升时也要切削，因此，曲面铣削刀具主要为球头刀。本文利用自动编程功能对Z轴方向的曲面加工技术进行研究。

1. 圆弧曲面零件综合分析

工件如图1所示，毛坯外形尺寸为160mm×120mm×40mm，材料为45调质钢，除上表面外，其他表面均已加工至符合技术要求，根据图样制定出正确的工艺方案（定位夹紧，选择刀具、切削参数和工艺路线）。本例采用FANUC 0iM三轴数控系统的铣床进行UG加工技术的研究。

（1）工艺分析 如图1所示，工件的毛坯形状规则，可直接选用机械或液压平口钳装夹工件。工件的复杂程度一般，但对被加工部分的尺寸、几何公差及表面粗糙度等要求较高，包含的加工要素分别有平面、圆弧轮廓表面、内外轮廓、凹槽、螺纹孔和球面（属于曲面），且大部分尺寸均达到IT7~IT8级精度。

工件的基本面A非常重要，它的精度关系到诸多要素的加工精度，编程时以工件上表面（基准面A）为刀具长度补偿后的Z向坐标零点，工件上表面中间φ38mm孔的中心位置为XOY零点。

加工要保证工件X、Y轴零点找正，平口钳一定要夹紧工件，刀具长度补偿利用Z轴定位器设定，利用粗加工余量来确定精加工，利用UG型腔铣编程，加工工序安排如下：

图1 模具零件

1）铣削轮廓，保证侧壁余量至少0.2mm，选用φ90mm可转位铣刀（5个刀片）。

2）粗加工轮廓，保证侧壁余量至少0.2mm，选用φ12mm三刃立铣刀。

3）精加工轮廓和平面，选用φ12mm三刃立铣刀。

4）钻中间位置孔，选用φ8.5mm直柄麻花钻。

5）扩中间位置孔，选用φ12mm三刃立铣刀。

6）精加工宽圆弧凹槽，选用φ6mm球头铣刀。

7）精加工R85mm圆弧凸台表面，选用φ6mm球头铣刀。

8）螺纹底孔加工，选用φ8.5mm钻头。

9）M10攻螺纹，选用M10机用丝锥。

（2）刀具选择 加工过程中采用的刀具有φ90mm可转位铣刀（硬质合金刀片）、φ12mm四刃立铣刀（主要用于精加工，硬质合金）、φ8.5mm麻花钻（高速钢）、M10机用丝锥以及φ6mm球头铣刀。

（3）编制加工工艺 加工工步、加工内容、刀具规格及切削参数见表1。

2. 圆弧曲面零件UG加工技术

UG加工一般包括：加工环境设置，菜单与工具条的定义，加工坐标系的设置，创建加工几何体、刀具、加工方法以及生成刀轨并利用刀轨完成加工。UG加工的操作包含生成单个刀轨所使用的全部信息，包括刀轨名称、几何数据、刀具参数、切削参数、显示参数、机床坐标系和后处理命令等信息。

表1 加工工艺卡

（1）UG自动编程加工技术流程 UG自动编程加工的工作流程较为规范，流程如图2所示。

（2）基于UG的圆弧曲面零件草图绘制及建模处理 进入草图环境后，屏幕底部会出现绘制草图时所需要的【直接草图】工具条。工具条中的按钮根据其功能可分为三大部分：“绘制”、“约束”和“编辑”。选择XY平面为草图平面进入草图环境。

草图平面是特征截面或轨迹的绘制平面。选择的草图平面可以是XY平面、YZ平面和XZ平面中的一个，也可以是模型的某个表面。

UG的三维建模是利用草图绘制完成之后的拉伸、旋转和扫掠等指令来完成的，加以布尔运算，即求和、求差和求交命令。经草图绘制后的三维造型结果如图3所示。

图2 UG自动编程加工流程

图3 三维建模结果

（3）加工处理

1）毛坯设置 在UG加工设置中的“几何体”选项里设置好需要加工的毛坯模型，即在进入加工环境后，首先要确定零件的毛坯，在分析确认零件的精度前提下，留足加工余量，以确定工件的毛坯尺寸，如图4所示。

图4 毛坯设置

2）刀具参数设置 应用刀具组可从模板创建刀具，若从库调用刀具，应根据加工对象的精度、结构和加工效率来确定。该圆弧曲面零件的刀具参数设置如图5所示。典型加工结构圆弧凹槽曲面加工时采用的具体刀具形状及参数如图6所示。

3）刀具轨迹优化与校验 使用编辑显示命令可以指定刀具、刀具夹持器和刀具轨迹。使用刀轨设置选项可以指定控制刀轨的参数，包括切削模式、切削层、切削参数、非切削移动、进给率和速度。圆弧曲面的粗加工刀具轨迹优化如图7所示。凸圆弧曲面零件走刀路线如图8所示。

（4）后置处理 设置和选用可供机床直接使用的数控系统接口技术，选择已经编辑设置好的MILL－3－AXIS系统后处理文件，指定存放位置，确认输出，完成NC程序的生成。如图9所示为加工使用的数控铣床接口系统。

图5 刀具参数设置

图6 球头铣刀参数设置

图7 凹圆弧曲面的粗加工刀具路线

图8 凸圆弧曲面刀轨路线

图9 后处理接口选择

图10 后处理程序存储

与机床设置匹配的后处理器生成与实际机床相适宜的数控程序后，经必要的修改，存储在专用存储卡上，如图10所示。再转存至数控机床，调用至机床面板，如图11所示。

图11 机床调用存储程序

（5）数控加工程序 研究对象加工部位有平面、常规凹槽、圆弧凹槽、圆弧凸台和孔，涉及的刀具直径有大有小。因此，要完成整个零件加工达图样要求，数控加工程序较多，如果纯粹是人工编程，则不利于制造效率和加工精度的提高。由于该零件自动编程生成代码较多，这里选取圆弧槽加工部分程序进行展示。

O01

N0010 G40 G17 G90 G54

N0020 G00 Z100.0

N0030 G00 X100 Y100

N0040 G00 G90 X-12.3329 Y-3.0009 S1300 M03

N0050 G43 Z10. H00

N0060 Z-6.8

N0070 G01 Z-8.3794 F70. M08

N0080 X-12.3288 Y-2.8979 Z-9.1557

N0090 X-12.317 Y-2.5977 Z-9.879

N0100 X-12.2983 Y-2.1206 Z-10.4998

N0110 X-12.2739 Y-1.4993 Z-10.9759

N0120 X-12.2455 Y-.776 Z-11.2748

N0130 X-12.215 Y0.0 Z-11.3762

N0140 X-12.1604 Y1.3899 Z-11.3747

N0150 X-11.9969 Y2.7713 Z-11.3758

N0160 X-11.7255 Y4.1356 Z-11.3679

N0170 X-11.3479 Y5.4744 Z-11.3711

N0180 X-10.8665 Y6.7794 Z-11.3761

N0190 X-10.2841 Y8.0427 Z-11.3617

N0200 X-9.6044 Y9.2563 Z-11.3716

N0210 X-8.8316 Y10.4129 Z-11.3707

N0220 X-7.9705 Y11.5053 Z-11.3613

N0230 X-7.0262 Y12.5267 Z-11.3762

N0240 X-6.0048 Y13.471 Z-11.3696

N0250 X-4.9124 Y14.3321 Z-11.365

N0260 X-3.7558 Y15.1049 Z-11.3629

N0270 X-2.5422 Y15.7846 Z-11.3725

N0280 X-1.2789 Y16.367 Z-11.3727

N0290 X.0261 Y16.8484 Z-11.3757

N0300 X1.3649 Y17.226 Z-11.3765

N0310 X2.7292 Y17.4974 Z-11.3708

N0320 X4.1106 Y17.6609 Z-11.3727

N0330 X5.5005 Y17.7155 Z-11.3759

N0340 X6.8905 Y17.6609 Z-11.3659

N0350 X8.2718 Y17.4974 Z-11.3725

N0360 X9.6361 Y17.226 Z-11.3699

N0370 X10.9749 Y16.8484 Z-11.359

N0380 X12.2799 Y16.367 Z-11.3763

N0390 X13.5432 Y15.7846 Z-11.368

N0400 X14.7568 Y15.1049 Z-11.3621

N0410 X15.9134 Y14.3321 Z-11.3742

N0420 X17.0058 Y13.471 Z-11.370

（6）零件加工 在UG自动化编程平台生成的数控加工程序，经首件试切完成部分参数的微调及加工质量的确认，达图样要求之后，即可批量生产。研究对象在VDL-800型数控机床上的铣削过程如图12所示，整个零件加工结果如图13所示。

3. 结语

图12 VDL-800型数控机床铣削过程

图13 模具零件加工结果

通过对圆弧曲面零件UG加工技术的研究，避免了手工编程采用较为复杂的宏程序，化繁为简。利用UG加工技术主要做好加工部件、毛坯及相关切削参数的设置，优化走刀路线，避免刀具的干涉与碰撞，最终利用后处理器生成可供机床使用的数控加工程序。实例应用证明了方法的正确性和有效性，自动化编程技术的研究成果可以广泛地应用于矿山机械零件数控加工领域，为多品种、小批量的模具零件数控编程工作提供了高质高效的解决方案，提高了制造柔性化水平，具有良好的经济效益。