基于UG复杂曲面合金零件的数控加工

（杨凌职业技术学院 机电工程学院，陕西 杨凌 712100）

随着柔性制造、机床数控技术的飞速发展，具有复杂、精密、小批量、多品种的曲面零件越来越多，如何利用数控加工技术高质量、高效率加工该类零部件是很有研究价值的。

本研究利用UG软件对复杂曲面合金零件进行三维实体建模、设计加工工艺过程，并结合UG强大的参数化功能和后处理器支持多种数控机床功能，快速规划复杂曲面合金零件的加工刀轨，解决刀轨编程困难问题，从而有效地缩短零件的加工工艺设计时间，提高零件的加工效率和加工精度。

1 合金零件加工模具的工艺路线

1.1 零件图样的分析

合金零件加工模具材料选择铝合金，铝合金是一种易于切削加工的材料，该材料的特点是重量轻，硬度、强度较低，导热系数和线膨胀系数大等。在加工过程中其切削变形，刀具磨损情况，切削力变化，成型表面质量与钢件有所区别。

合金零件加工模具模型如图1所示，分析其主要工艺流程及要求如下：

（1）合金零件加工模具需正、反面加工。

（2）内部型腔、外轮廓分别进行粗、精加工。

（3）加工时间要求较短，表面质量要求较高。

通过模型及工艺流程可知，合金零件加工模具需要二次装夹，需采用虎钳来进行装夹加工才能确保形位公差及精度要求；其次考虑加工机床所能达到的加工精度与加工成本。

图1 合金零件加工模具模型图

1.2 确定毛胚种类

合金零件加工模具材料为铝合金，考虑到刀具的磨损，以及成本的原因，还有铝合金件易于切削加工，具有重量轻，硬度，强度较低。查《机械制造工艺设计简明手册》可知合金零件加工模具尺寸公差。

1.3 确定工件加工余量及形状

毛坯选择块状铝合金件76mm＊76mm＊50mm，进行加工合金零件加工模具。合金零件加工模具毛胚图如图2所示。

图2 合金零件加工模具毛胚图

1.4 选择定位基准

（1）粗基准的选择：正面内型腔加工以零件的外侧为主要的定位粗基准，反面加工以小凸台侧面为定位基准。

（2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹、定位准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一原则，以粗加工的侧面为主要的定位精基准。

1.5 制定工艺路线

依据合金零件加工模具的外形特点，尺寸公差及形位公差的技术指标，并考虑到加工方法能够达到精度要求，还需保证降低生产成本。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：下料→去毛刺→铣平面→铣侧壁→型腔铣铣内腔→轮廓铣精铣内腔→进行反面加工→铣小凸台→型腔铣粗铣外腔→轮廓铣精铣外腔→精铣侧壁。

2 合金零件加工模具的仿真加工

利用UG软件在特征和三维建模方面强大功能，合金零件加工模具的三维实体模型，如图3所示。

图3 合金零件加工模具的三维实体模型

2.1 数控加工的基本流程

数控加工的基本流程可以分为三个过程：第一个阶段是加工对象和加工设备的确定，主要包括建立三维模型、建立制造数据库、定义加工对象、确定切削机床、确定切削刀具和确定工装夹具等；第二个阶段是数控加工的相关参数和加工方式的设置，主要包括设置加工方式、定义切削工艺参数、确定进刀退刀安全平面、生成刀位文件；第三个阶段是模拟加工过程并优化，主要包括仿真加工、是否要进行轨迹优化等内容。

2.2 合金零件加工模具主要加工面的数控仿真加工

合金零件加工模具的主要加工面有：合金零件加工模具上表面，正面内型腔结构，反面外轮廓，合金零件加工模具小凸台等。

2.3 合金零件加工模具数控代码生成

利用后处理模块，进行机床、程序和刀路轨迹参数、NC数据的定义、输出程序结构设置以及虚拟NC控制器等参数的设置[1，2]，生成数控代码。

生成数控代码传输到数控铣床，加工出产品，如图6、如图7所示。

图4 外轮廓数控仿真加工

图5 内腔数控仿真加工

图6 外轮廓数控加工

图7 内腔数控加工

3 总结

本文利用UG软件介绍了含有复杂曲面零件的建模、数控仿真加工及数控加工的方法、应用，有利于加工者对类似零部件加工方法的认识。验证了数控自动编程高质量、高效率完成产品设计、加工制造的可能性。