屏模圈型腔三维曲面的UG五轴数控加工

摘要:为了提高玻屏封接面的质量和生产效益,在给出屏模圈型腔结构和目标值数据设计流程的基础上,采用UG软件重点对其沟槽三维空间曲面进行了CAD造型和五轴数控加工的研究,编制出了相应的数控加工程序,完成了屏模圈型腔的UG五轴数控加工。

关键词:型腔三维曲面;五轴数控加工;UG

中图分类号:TB22

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)21-0302-02

1 引言

玻屏封接面是通过玻璃粉与玻锥粘合的结合面之一,其质量好坏不仅直接影响抽真空后显像管的爆缩,更重要的是对后续的研磨加工起着决定性作用。理想的玻屏封接面为一近矩形环状平面,不需要研磨加工即可用于封接,除完全节省研磨消耗外,还节约了生产线投资,对玻屏生产的价值不言而喻。玻屏是在由凸模、模圈、底模所组成的模具型腔内对玻璃熔体进行压制而成型,其中屏模圈将成型封接面。由于玻璃熔体成型过程的复杂性,为得到平坦无倾斜的封接面,需要根据变形补偿原理将模圈型腔设计成空间起伏和倾斜的三维曲面,并在五坐标联动的数控机床上加工其沟槽部位。

Unigraphics(UG)是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAD /CAE /CAM高端软件。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能,而且还可采用建立的三维模型直接生成数控代码用于产品的加工。因此,研究屏模圈型腔三维曲面的ug五轴数控加工工方法变得十分必要。

2 屏模圈结构与型腔三维曲面的UG建模

屏模圈整体结构如图1所示,其内侧壁Z向截面由多段拔模斜度构成(图2、3),决定玻屏封接面形状的是模圈其沟槽部位(沟底倾斜曲面)。由于热态下的玻屏冷却后封接面会变形倾斜且Z向高低起伏不平,需要通过修整屏模圈沟槽加以补偿:依据产品的测量数据与理论数据的偏差来对应设计模圈沟槽整周各部位的倾斜角度和Z向落差、及周边轮廓数据。

模圈的沟槽部需要进行高差和倾斜加工的部位经过放大旋转后的示意图见图4,这是一个宽度只有7-11mm、四周环形封闭的三维倾斜空间曲面,沿曲面移动X、Y、Z坐标变化的同时,曲面的法线方向在不断变化之中、不总是垂直X-Y坐标平面,因此需要五坐标联动数控机床才能加工这样的曲面。

2.1 屏模圈型腔三维曲面CAD造型数据

模圈的制造加工是在常温下进行的,而玻壳的成型压制是在高温下进行的,模圈在高温时形状会发生变化,又受各种成型条件的影响,生产出的封接面形状也不会完全达到理想状态,而模圈在使用过程中表面也会发生磨损,直接影响着封接面屏的质量,所以要经常对模圈进行测量、加工,使生产出的产品合格率尽量高。屏模圈五轴数控加工的造型数据的来源流程如下:

分别测量使用前的模圈和压制出的玻屏封接面,将测得的数据输入到计算机,经补偿计算,产生沟底曲面沿环向和“径向”在每个截面处的目标值,使用这些目标数据来完成屏模圈型腔曲面的造型和加工。目标值数据的设计实例如图6所示。

2.2 屏模圈型腔三维曲面的UG造型

UG软件曲面造型功能强大,提供了多种方法。模圈型腔侧壁曲面及沟底倾斜曲面(需要五轴加工)的造型过程如下:在XOY平面内用ApplicationModelingSketch加约束条件作SB外轮廓线(仅作一象限),向内Offset此轮廓线,从LA(X+方向)开始按设计要求的间距作长度约为10MM,方向指向轮廓弧心的线段组,过每一线段作轮廓线的法平面,在各法平面内分别TranslateRotation或Move一定角度或距离,至此,已生成自由曲面所需的Section Curve,分析检查数据正确性,Free Form FeatureSwept生成模圈沟槽曲面,Tolerance 为0.001mm。

再作出模圈唇部曲面,Blending;Extruding MM轮廓,生成内侧壁与沟槽Edge Chamfer,完成基本造型。

3 UG―CAM 五轴加工

3.1 加工工艺编制

屏模圈加工工序较为复杂,要新制一件屏模圈需用8把不同的刀具,因沟槽部位较深、窄、倾斜须采用五轴加工且不能留下细刀痕,否则无法进行研磨。

3.1.1 加工沟槽

刀具:选用两把刀,分别加工沟槽MM侧和沟槽SB侧;

切削方式:UG可变轴轮廓铣(Variable Contour),因为沟槽宽度只有8mm左右,必须精确计算刀心位置来确定驱动轮廓,以防过切内侧壁或唇部,UG加工模块提供了多种驱动方式,这里选择Curve/Point驱动,刀轴始终法向于沟槽曲面,精度要求Part Intol(outtol):0.01mm。

3.1.2 加工内轮廓

刀具:根据拔模角度选择锥度成型铣刀;

切削方式:Mill Countour,抽取对刀点处轮廓XOY面投影为驱动曲线。

3.1.3 加工唇部

刀具:直柄立铣刀;

切削方式:Mill Countour,选择表面驱动方式,采用ZIG-ZAG双向往复切削方式。

3.2 UG加工后处理程序的设定

加工后处理程序是十分重要的,否则CAM后刀轨代码不被机床识别,针对各台机床的数控装置编制相应后处理程序。在这里,兼于我们Fidia 5Axis机床特性,用UG的Machine Post Processing─MDF EditorCreate New MDFA,设置各轴转动方向角度,插补等。最终加工程序:

……

N10 G40 G17 G94 G90 G70

N20 G91 G28 Z0.0

N40 T01

N50 G00 G90 X.0262 Y142.4124 B1.54 C0.0 S0 M03

N60 G43 Z6.1749

N70 G01 X.0263 Z-45.2128 F250. M08

N80 X7.7097 Y142.3972 Z-45.2124

N90 X11.572 Y142.3786 Z-45.2059 C.036

N100 X15.4147 Y142.3563 Z-45.1949 B1.535 C.03

N110 X23.0899 Y142.3007 Z-45.1389 B1.511 C.019

N120 X30.7662 Y142.2271 Z-45.0488 B1.473 C.01

N130 X38.4426 Y142.1346 Z-44.9295 B1.423 C.002

N140 X46.1245 Y141.975 Z-44.9291

……

4 结语

通过对三维空间曲面的UG造型和五轴数控加工完成了玻屏封接面不研磨的模圈CAD/CAM一体化方案,解决了玻壳生产中的实际问题、效果良好。生产实践表明:对复杂空间曲面和五轴数控加工的研究对提高产品质量和生产效率具有重要意义。此外,开发专用的五轴数控加工程序生成软件和采用五轴高速铣削将会进一步促进生产效益的提高。

参考文献

[1]吴磊.UG NX4 0中文版曲面设计典型范例教程[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]马秋成,聂松辉等.UG――CAM篇[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]黄翔.UG应用开发教程与实例精解[M].北京:清华大学出版社,2005.

[4]洪如瑾.UG NX4 0 CAD快速人门指导[M].北京:清华大学出版社,2006.