维纳斯工艺品五轴联动数控编程及加工仿真

窦 磊

（广东省机械技师学院，广东广州 510450）

Unigraphics（UG）是目前先进的计算机辅助设计、制造和分析软件之一，其功能强大。本文利用UGNX10.0软件对维纳斯女神工艺品进行五轴联动编程数控加工，突出体现五轴联动数控机床在实践加工中的优势（一次装卡，5个面全部加工完成）。

1 工艺要点

（1）加工工序的划分。①刀具的集中分序；②精、粗加工分序；③按加工的部位进行分序。

（2）工件装夹方式的确定。①应尽量采用组合夹具；②对于零件定位、夹紧部位，应考虑不会妨碍其各部位的更换刀具、加工和重要部位的测量；③对刀时应直接或间接地使对刀点和刀位点重合；④“换刀点”应该根据工序的内容安排。

（3）编程的误差及控制。①几何建模的误差；②舍入误差；③逼近误差。

2 夹具设计

本次加工使用三爪卡盘进行加工。为了防止工作台及卡盘与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞，设计出五轴通用夹具卡盘进行装夹，该夹具以中心圆卡位，再利用螺丝锁紧工件进行加工。

3 数控编程

3.1 毛坯的创建

双击[WORKPIECE]→[指定部件]与[指定毛坯]，毛坯选择大小为“Φ60×110铝棒”。

3.2 刀具选择

数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。在满足加工要求的前提下，根据工件尺寸大小，列出加工工艺清单，见表1。

表1 加工工艺清单

3.3 底面加工

先使用Φ12立铣刀开粗并精修，再使用Φ6.8麻花钻头钻孔（先铣好平面才能保证钻孔的尺寸及位置精度），然后使用Φ10倒角立铣刀倒角去毛刺，最后使用Φ8丝锥铣刀攻牙。攻牙是用一定的扭矩将丝锥旋入要钻的底孔中加工出内螺纹。攻丝参数计算方法：进给量=转速×丝锥螺距。例如，M8的牙距为1.25mm，则进给量就是转速的1.25倍。使用加工后的毛坯，将毛坯拆下，装上五轴通用夹具，并使用螺丝将工件毛坯锁紧在夹具上开始加工模型。

3.4 开粗

粗加工使用型腔铣加工，因工件不对称，故需要创建一个干涉面控制加工深度。进入建模→创建基准平面→创建草图→拉伸草图曲线→生成干涉面，如图1所示，选择型腔铣加工方法，“指定检查”（干涉面），刀轴选择指定矢量。设置好切削参数、非切削参数、进给率和速度相关参数，单击“生成”，生成刀轨。此处需要注意的是，底面是已加工表面，所以为了避免刮花工件表面需要指定修剪边界。在草图中划出图1所示边框，选择该线框为修剪边界。

图1 模型干涉面设置

为了防止工件过切，在模型中间处加了两个管道一起选为部件开粗，型腔铣开粗反面，偏移已做好的干涉面5mm，让其加工有5mm重合。复制“型腔铣开粗正面”刀轨，“指定检查”（干涉面）选择偏移的干涉面。生成刀轨如图2和图3所示。由于部分地方较小，Φ12立铣刀铣不到，所以需要换Φ10R5球头铣刀二次开粗。复制Φ12立铣刀的刀路，参考刀具选择Φ12立铣刀，重新设置步距及每刀切削深度参数。反面同理。

图2 正面刀路设置

图3 反面刀路设置

3.5 精加工过程

3.5.1 半精加工处理

五轴加工曲面时，因工作类似回转类工件但不规则，所以要创建一个规则回转曲面作为驱动面。因此驱动方法使用曲面驱动，刀轴使用垂直于驱动体。进入建模→创建曲线→旋转曲线→生成曲面（用做驱动面）。

创建工序可变轮廓铣如图4所示，驱动方法用曲面，投影矢量选择刀轴，刀轴选垂直于驱动体。进入驱动方法界面，指定驱动几何体（选择旋转的曲面），设定好切削方向、驱动设置参数等。由于驱动体并非在工件的中心处，所以底下斜面会有部分未铣削到。可以指定一个检查体，部件选择整体即可生成刀路。

图4 可变轮廓

复制Φ10R5球头铣刀二开刀路，修改驱动方法里的驱动设置，使用Φ6R3球头铣刀再次开粗。此时可以不选检查体。生成图5曲面区域驱动方法一刀路，复制Φ6R3球头铣刀的二开刀路，选上检查体并修改驱动设置竖直与水平限制为0.5mm生成刀路，再进行一次半精加工，使得工件的余量均匀。

图5 曲面区域驱动方法一

3.5.2 精加工的过程

复制Φ6R3球头铣刀的半精加工刀路，修改驱动设置参数精修工件。如图6曲面区域驱动方法二，加工仿真利用VERICUT软件进行模拟加工仿真。选择控制系统及机床模拟仿真。

图6 曲面区域驱动方法二

工位1选择三爪卡盘做夹具并设定好毛坯，设置好加工坐标系与G代码偏置（程序零点）。创建所需要用的刀具，添加程序进行仿真。

工位2导入五轴通用夹具，设置好加工坐标系与G代码偏置（程序零点）。添加程序进行模拟仿真加工。仿真加工两种显示结果，零件显示及机床切削模型如图7图所示。

图7 零件显示及机床切削模型图

4 结束语

计算机技术的迅速发展大大推动了现代设计方法——虚拟设计的发展和应用，极大地提高了劳动生产率。UG不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。本设计根据维纳斯造型的动态数据，应用UG软件对其进行编程，数控加工经过粗加工、半精加工、精加工等相应的步骤，学会尝试不同的困难解决方案，从中也能体会到很多关于金属加工的典型案例，学到很多先进的制造方法，结合先进的加工模拟仿真的应用，提高对UG软件的实际操作能力。