碗形曲面数控加工技术要点

摘要：随着科技水平的提高，基于UG的碗形曲面数控加工技术在我国制造业中的应用日趋广泛。其中，UG软件作为一种常用的CAM／CAD软件，通常用于自由曲面的数控自动编程加工过程中。为此，主要对基于UG环境下的碗形自由曲面的粗加工与精加工方法进行了研究，并对具体的切削参数进行了设置，并对碗形曲面的数控加工进行了验证，以此为碗形曲面数控加工操作提供参考意见。

关键词：碗形曲面；UG；数控加工；技术

前言

随着我国经济的快速发展，制造业也在时代背景下蓬勃兴起。与此同时，具有自由曲面特点的零件种类与日俱增，且在航太、模具、船舶等工程项目中的应用也日趋广泛，考虑到越发激烈的市场竞争环境，人们对产品所具备的功能要求也日益提升。很明显，曲面的高效加工成为了决定企业竞争力的关键性因素，这就对自由曲面的加工工艺水平提出了更高标准的要求，而传统的曲面加工方法显然已经无法满足制造业生产的需要，此时，基于UG的自由曲面计算机辅助设计正在全球兴起。因此，对碗形曲面的加工方法进行探究尤为必要。

1基于UG的碗形曲面加工方法研究

为了提升碗形曲面的加工品质，在此通过与UG不同加工特点及方法的结合，对曲面加工进行了建模尝试，然后对加工策略进行设置，从而获取曲面的UG仿真图，最后经过软件分析（NCsentry）对曲面加工后的各项参数加以确认，实现加工作业。

1．1粗加工的方法

（1）等高外形层切法。这种技术方法主要是在加工时通过对曲面外型的围绕产生逐层状的梯田式粗切削路径，以此实现对碗形曲面的加工作业。（2）环绕法。这种方法指的是在进行加工作业时，刀具会自中心或是处起始，对曲面形成等间距环绕式的刀具路径，并依此路径对整个曲面进行加工。（3）曲面流线法。这种方法是指在加工时顺着曲面的流线方向形成粗切削的刀具路径，适合用于曲面流线十分明显的自由曲面。（4）放射法。即通过形成圆周形的放射状加工路径，进行曲面加工作业，适用于圆形曲面的加工操作。针对以上四种碗形曲面的粗加工方法进行分析：从质量角度出发，曲面流线和放射法的加工效果最佳，然而放射法中的刀具路径加工时长较为漫长，导致工作效率较为低下，通常情况下，放射法耗时在等高外形法的3倍之上；从加工效率角度出发，采用等高外形层切耗时短、效率高、质量优。

1．2精加工的方法

在进行碗形曲面的精加工过程中，选取等高外形、放射、流线以及环绕等距的精加工方法，对曲面进行加工，与粗加工方法不同的地方在于，精加工方法采取的刀具为球刀。与此同时，在这四种精加工的加工方法中，等高精加工的作业时间较长，表面较为粗糙，效率较低；放加工的曲面表层粗糙度自上而下，从光滑变为粗糙；流线和环绕式的精加工方法，曲面表层粗糙度低，相较于其它两种精加工的方法而言，这两者的加工效果更好。并且在采取流线法的精加工作业时，还可采用等残留高度的方法对道具的轨迹加以控制，确保曲面表层的粗糙度合乎规定要求，且在加工效率方面也更为出色，以此收获令人满意的精加工效果。

1．3方法讨论

在通过UG软件对各种加工方法进行仿真加工设计时，通过仿真图和加工效果的比较，证明：在粗加工时，需重点考虑曲面的加工效率，再次选择等高外形的加工方法；在精加工时，需重点考虑曲面的加工质量，并且兼顾加工效率，因此采取流线法的精加工方法，同时采取等残留高度的方法，完成曲面加工刀具的生成轨迹。

2设置具体的切削参数

在确定加工方法后，需要对加工中的各项参数进行明确设置，主要包括了刀具种类、主轴转速、进给速度、下刀速度、提到速度、安全速度、退刀速度、进给高度、加工余量、公差和最大下刀量这些参数值的确认，然后分别对粗加工（等高外形层切法）和精加工（流线法）的以上参数加以设置，方能展开实际加工作业。

3基于UG的碗形曲面加工检验

在此之前，本文已以UG仿真模块对碗形曲面的加工进行了三维模型构建，并对切削参数和刀具选择进行了初步了解。并在采用UG软件对不同加工方法进行了仿真图绘制及参数设置后，得出了曲面的不同加工方法，然后需要在车间的机床上加以实际验证。此时，需借助UG软件的后处理技术生成加工程序代码，并采取合理的传输方式，使数据经计算机传送至加工数控中心，以此实现对碗形曲面的实际加工检验，并对加工后的曲面质量加以确认。

3．1选择数控机床

通过对加工零件图进行数学分析，并对刀具的干涉状况加以检验，发现三轴联动的数控铣削刀具在加工时未出现干涉现象，因此，在进行数控加工检验时，选择三轴联动的数控铣削方式对曲面加工加以验证。

3．2碗形曲面的加工流程

由数控加工程序控制的加工参数在实际作业中，必须经过不断地修改、试验和再试验过程，以此达到最佳的加工效果。基于UG碗形曲面的数控加工流程为：UG三维零件建模自由曲面加工方式选择加工参数刀具选择UG仿真加工若合理（不合理返回重来）则可后处理生成NC代码程序传输最后数控加工。

3．3运用UG软件进行三维零件的建模

采用NX5．0，依据图纸信息及相关参数设置，使用软件绘图工具构建曲面的三维模型。

3．4选择刀具，确认切削参数

依据上述方案选取，对刀具类型和加工参数加以确认。在进行粗加工时，采取等高外形法，选择D16型的立铣刀，此时，螺旋下刀的角度为20度，采用顺铣方式进行加工作业；在精加工时，采取流线式等残留高度法，选择R5型的球头铣刀，进行加工。同时，对加工时的各项参数进行设置。

3．5软件处理，程序生成

在此，运用UG软件后处理技术，对加工程序进行代码生成。

3．6传输程序

UG软件具有在线传输数据的功能，RS232接口、DNC网络技术、PCMCIA储存卡等均为常见的数据传输方法。其中，RS232的串口通信法最为成熟好用。此外，在进行数据传输的链接作业时，需注意电脑侧为9芯的串行接口，而机床侧为25芯的串行接口。此时，传输数据线的9孔插头接口需和计算机COM1或是COM2（即插座）相连接；而25针的传输数据线串行插头接口需和数控中心处的25芯接口相连接。数据传输中需要注意的事项：（1）采取双胶线的通讯电缆，提高抗干扰性；（2）禁止带电状态下，对端口插头进行插拔，以防造成通信接口的损坏；（3）传输距离需控制在30m范围以内；（4）计算机和加工中心需保持通讯参数设置的一致性。

3．7加工验证

（1）对粗加工和精加工的仿真时间加以确认；（2）在实际验证操作中，需根据设备实际状况加以适当调整，主要是进给量倍率的调整，从而得出粗加工和精加工的实际加工时间；（3）在加工完成后，以糙度样板对碗形曲面零件表面的粗糙度加以比对，确保工件表层均匀一致，表面质量合乎要求标准。

4总结

综上所述，本文通过对基于UG的碗形曲面数控加工技术要点进行分析，获得以下成果：（1）采取UG软件对碗形曲面的加工进行了仿真模型的构建；（2）对切削参数和刀具选取进行了确认；（3）明晰了碗形曲面的具体加工流程；（4）对数据传输方法进行了初步了解；（5）对碗形曲面的加工质量进行了检验。以此为基于UG的碗形曲面数控加工技术提供参考意见。

参考文献

［1］冯锐．基于UGNX8．0的曲面数控加工工艺与仿真研究［J］．民营科技，2017，（1）：53．

［2］马真宇，康文利．浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术［J］．科技资讯，2013，（15）：94－95．

［3］胡小青，覃才友，李小汝．基于UG的曲面零件的造型设计与数控加工仿真研究［J］．机械工程师，2015，（3）：104－106．

作者：宋祎华 张京昌 单位：湖南工贸技师学院