基于典型曲面的数控加工技术研究

摘 要 采用UG软件在典型曲面进行编制数控加工，对数控编程、加工参数的设计和加工工艺方面都作了详细的介绍和分析，并对如何提高数控加工效率和保证工件质量进行具体详细的分析和总结，为相似工件提供借鉴的参考价值。

关键词 典型曲面；数控加工；UG；加工参数

中图分类号：TG659 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）09-0161-03

1 前言

在数控加工中，平面和一般曲面都比较容易加工，但球面和曲面相叠而成的面（典型曲面）就难加工，因此，典型曲面的数控加工值得研究探讨。数控加工是制造行业中不可缺少的加工方法，在数控加工（数控铣、加工中心）中会用到许多软件，如UG、Cimatrom、Caxa等，其中UG软件是目前在数控加工行业和其他企业及学校最常用的软件之一。

UG软件是一个功能非常强大的软件，特别是加工复杂的曲面，优势就更加明显。UG软件编程的优点是方便和容易设计加工参数，能快速生成刀路轨迹，提刀少、刀路少，平面和曲面刀路均匀、加工效率高。该软件可以设定毛坯尺寸的大小，刀具可以在工件的外面进刀，保证刀具不直接在工件上进刀，提高刀具寿命。UG软件还提供了可靠而直观的二维和三维模拟仿真功能，可以有效检查刀路是否正确，大大提高加工效率。本文以典型曲面为例，详细介绍它的数控编程方法、加工参数的设计、加工工艺过程，阐述UG在数控加工典型曲面中的应用及其加工技巧。

2 确定数控加工工艺方案

从图2典型曲面零件造型结构来看，难加工的地方主要是中间位置的球面和相叠的其他曲面。特别强调要使曲面加工质量好，在绘图（椭圆和椭圆上面图形）时要将线和圆弧连接（ ）在一起再拉伸（倒圆角后只有一个曲面，加工的表面粗糙度高）。典型曲面零件材料为45号钢，使用钨钢刀具，毛坯选取124 mm×104 mm×37 mm，数控编程工艺编排按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行：粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形状；半精加工用较小刀具去除粗加工遗留的大余量，并保留适当余量；精加工根据结构特征采用不同的刀具及工艺分区域加工，保证加工效果和加工精度。图2是典型曲面零件造型图。

3 典型曲面的数控编程加工，重点分析中间位置的球面和相叠其他曲面的加工

整体粗加工 整体粗加工选用型腔铣。指定切削区域：全选然后按住shif选底面和120 mm×100 mm的外轮廓（底面和外轮廓是不加工的面）；考虑到去除的余量较大，尽量用大直径刀具加工，现选用钨钢D16平底刀开粗。整体开粗采用跟随周边加工策略，突现以下优点：刀路少，折弯少，抬刀少，加工综合效果好。切削层深1 mm，切削步距12 mm。主要加工参数设置如下：切削方向选逆铣（粗加工），切削顺序选深度优先（不抬刀），图样方向选向内（在外面进刀），岛清理选自动，加工余量0.5 mm。进给和速度：主轴速度2800 r/min，进给速度1000 mm/min，下刀速度500 mm/min，退刀速度1200 mm/min。刀路轨迹计算如图3所示。

半精加工 工艺分析：本工序主要针对粗加工后侧面加工余量和曲面相交面不能加工的部位，而且刀具带有圆角，留有较大的加工余量；如果直接进行精加工的话，每一刀之间的余量太大，刀具的受力变化太大，对刀具的损耗较大，超过刀具的承受力会导致断刀，而且加工出来的精度和粗糙度达不到要求。由于用钨钢D16的平底刀开粗，选钨钢D6平底刀进行半精加工较合适。进行曲面的半精加工可以去掉开粗不能加工的部位余量，使得精加工时每一刀的余量减小，加工余量少，受力就变化不大，为精加工做准备。半精加工选用型腔铣，半精加工采用跟随周边加工，切削步距3 mm；根据实际情况切削层深图4左0.1 mm，图4右0.5 mm。主要加工参数设置如下：切削方向选顺铣（精加工），切削顺序选深度优先（不抬刀），图样方向选向内（在外面进刀），岛清理选自动，加工余量0.18 mm。进给和速度：主轴速度3200 r/min，进给速度1000 mm/min，下刀速度500 mm/min，退刀速度1200 mm/min。刀路轨迹计算如图4所示。

曲面精加工

1）顶面精加工。顶面精加工比较平坦，加工难道不大。顶面精加工选用轮廓区域，选钨钢R2球刀进行精加工，驱动方法选区域铣削，切削模式为往复，切削方向选顺铣（精加工），切削步距0.2 mm；加工余量0。进给和速度：主轴速度3800 r/min，进给速度1500 mm/min，下刀速度500 mm/min，退刀速度2000 mm/min。刀路轨迹计算见图5。

2）侧面精加工。侧面的相交面比较难加工，加工方法和加工参数设置不合适会断刀或有振纹，表面粗糙度较差。侧面精加工选用轮廓区域，选钨钢R2球刀进行精加工，驱动方法选区域铣削，切削模式为往复，切削方向选顺铣（精加工），切削步距0.2 mm；加工余量0。进给和速度：主轴速度3800 r/min，进给速度1500 mm/min，下刀速度500 mm/min，退刀速度2000 mm/min。刀路轨迹计算见图6。

3）底面精加工。底面精加工的关键是加工底面深处时进给速度应小一些，防止断刀。顶面精加工选用轮廓区域，选钨钢R2球刀进行精加工，驱动方法选区域铣削，切削模式为跟随周边，切削方向选顺铣（精加工），切削步距0.2 mm；加工余量0。进给和速度：主轴速度3800 r/min，进给速度1500 mm/min，下刀速度500 mm/min，退刀速度2000 mm/min。刀路轨迹计算如图7所示。

4 总结加工工艺

充分利用大直径平底刀粗加工、小直径平底刀精加工的原则 粗加工要选择直径足够大的刀具（大直径平底刀有足够的韧性，可以承受大的切削力、振动和冲击），能快速去除工件材料，后用小直径平底刀进行精加工和清角加工，选用合适的刀具进行加工，才能提高加工效率，保证加工质量。精加工尽量要使用较小的刀具，能加工到每一处，把工件结构形状完全加工出来。

注意保持刀具在切削过程中的受力 对于大直径平底刀粗加工后没有加工到的部位，要先用较小的直径平底刀来清角。没有进行粗加工的地方不能直接用球刀进行精加工，以免球刀精加工到底部时，其底部中心点切削速度几乎为零，刀刃与工件的接触宽度急剧增加，球刀的整个圆弧刀刃受力，受力突然变大而产生振动，引起崩刃甚至断刀。

对于侧壁与底面的组合加工 要先精加工底面（与侧壁保持安全距离）的部位，然后精加工侧壁到底，以避免侧壁加到底时，刀具的侧刃与底刃同时受力，使刀具产生振动而影响加工表面的质量。

获得好的表面粗糙度 粗加工和半精加工要留有合适的加工余量；精加工时主轴速度应取高些，下刀速度、进给速度应慢些，切削步距应小点儿等，才能获得好的表面粗糙度。

5 结束语

通过使用UG软件设计加工这类典型曲面，要选择合理的工艺编制和加工方式，既保证了加工质量，还大大提高了加工效率，因而可以为加工同类零件提供参考。

参考文献

[1]严迪优.UG NX 6.0数控加工教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2]徐衡.数控铣工实用技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.