基于UG的一种螺旋清角编程方法

李春刚，郭辉，沈勇，田辉

（1.中国人民解放军海军装备部驻西安地区军事代表局驻汉中地区军事代表室，陕西 汉中 723000；2.中航飞机股份有限公司 长沙起落架分公司，陕西 汉中 723003）

0 引 言

UG软件中残料开粗一般有三种方法：基于IPW、使用基于层、参考刀具。其中，参考刀具是系统用来计算当前切削区域的假想刀具，其尺寸值比实际开粗刀具大，可对上把刀未加工到的拐角区域剩余残料进行二次加工。参考刀具铣削具有加工安全性好、计算速度快、二次开粗效率高等优势。在某些情况下，工件拐角部位的几何型面需圆滑衔接，表面不允许存在坑点或“缺肉”现象，工件在机械加工后细砂抛光要达到良好的外观质量。拐角处采用正确参考刀具实现螺旋清角的方法，就是一种保持几何特征完整性的理想解决方案。如何在参考刀具清角操作中设置合理参数，达到均匀去除残料，全刀路顺铣走刀，确保几何表面的完整性，参数设置就显得尤为重要。

1 深度加工轮廓操作

基于参考刀具的深度加工轮廓操作在陡峭区域应用较为普遍，合适的参数设置还可以实现高效的类螺旋铣削走刀方式，具体设置步骤如下[1-2]：

1）在深度加工轮廓操作中，根据加工工件设置几何体。2）在切削参数中，将“切削方向”设置为“顺铣”，“切削顺序”选择为“始终切削深度优先”。3）在非切削移动快捷菜单中，将开放区域进刀设置为“圆弧”，进刀半径设置为“50%刀具”直径，高度调整为0，为确保部分端铣刀切削刃不过中心，最小安全距离输入“105%刀具”直径，退刀与进刀方式相同。在“转移/快速”中的“区域内”，转移方式选择为“安全距离—刀轴”，“区域间”转移方式选择为“直接”[3]。4）根据加工零件选择合适的刀具或创建新刀具。界面其他参数保持默认，点击“生成”刀轨，即产生图1所示的类螺旋铣削刀路。从刀路轨迹可知：刀路严格执行顺铣设置，且区域内每层切削结束后以G01直线插补至下层圆弧起刀点，刀路简明清晰。

图1 类螺旋铣削走刀刀路

2 清根参考刀具操作

在清根参考刀具操作中，有一种“单向横向切削”的切削模式，对其简单设置同样可以生成高效的螺旋清角刀路，且刀路规整、切削均匀，严格保证顺铣或逆铣走刀方式，特别适用于特定场合下的半精、精加工。采用单向横向切削模式的清根参考刀具操作，一般流程如下：

1）创建清根参考刀具操作，指定部件，选择刀具。2）在“驱动方法”→“方法”→“清根”快捷菜单中，“驱动设置”→“清根类型”选择“参考刀具偏置”。“陡峭空间范围”→“陡角”设置为90°。非陡峭切削和陡峭切削按图2设置，切削模式统一选择“单向横向切削”，切削方向调整为“顺铣”，根据加工精度和表面粗糙度要求设置步距值。注意对于图2右侧这样的被加工几何特征，在“陡峭切削方向”中需指定“混合”模式，方可实现从非陡峭到陡峭再到非陡峭的顺次切削走刀模式，并且刀轨一直保持顺铣切削。3）设置参考刀具。参考刀具大于加工刀具，用于残料加工。4）其他参数默认，点击“生成”，即可产生类似弹簧的横向螺旋切削刀路。

图2 单向横向切削参数设置及螺旋切削刀路

3 应用案例

诸如机翼下桁条、机翼下壁板、机身框架、隔框等飞机零部件都存在类似的方腔结构，为此文中仅以图5所示的185 mm×245 mm×45 mm、拔模斜度5°、壁厚5 mm的方腔进行清角案例讲解。

3.1 编程操作的设置

假设清角前已经采用D10R4刀具进行过二次开粗，本次仅对4个直棱拐角面进行加工。清角刀具选用D6R2，编程采用单向横向切削清根参考刀具操作。

1）创建清根参考刀具操作，指定方腔部件，选择D6R2刀具；2）在“驱动方法”→“方法”→“清根”快捷菜单中，“驱动设置”→“清根类型”选择“参考刀具偏置”。“陡峭空间范围”→“陡角”设置为90°[4]。非陡峭切削和陡峭切削按图2左设置，切削模式选择“单向横向切削”，切削方向调整为“顺铣”，“陡峭切削方向”中选择“高到低”，步距值置为“10%刀具”直径；3）其他参数默认，点击“生成”出现图3左底壁、侧壁8处清角刀轨，而编程只需要4个直棱拐角面刀轨，因此需要进一步编辑程序。

3.2 刀轨路径编辑

为获得预想的直棱拐角面刀轨，一种方法是：指定切削区域确定清角区域。可在清根参考刀具操作的几何体中添加“指定切削区域”，增选内腔4个壁，生成图3右图的刀路。仔细观察发现，刀路在距底面切深2 mm区间内无刀轨，即使延伸刀轨此问题还是无法解决，尝试通过清根驱动方式中切削顺序编辑也不能获得理想刀路。若采用设置底部为检查体，将切削参数中检查安全距离调整为0，依然存在刀路在距底面切深约2 mm区间内无刀轨。

在清根参考刀具操作中，为沿刀轴方向延伸刀轨路径，可将底部分割移除掉，具体参数设置同3.1节。分析刀路发现，刀轨切深超过原底平面2 mm（即D6R2与侧壁最低处相切）。若再次设置底部为检查体，刀轨切深会再次停留在原底平面上方2 mm处，因此可通过刀轨编辑裁剪掉多余刀路[5]。

图3 角清根

3.3 刀轨编辑

在清根参考刀具操作完成后，点击鼠标右键“刀轨”→“编辑”，进入刀轨编辑器。在刀轨编辑器的编辑操作中点击“修剪”进入“修剪刀轨”界面，“修剪几何体”→“几何体”选择方腔内底面，方向远离刀轴侧或背离腔体一侧；“转移/快速”中指定腔体上表面5 mm平面；“确定”返回至刀轨编辑器。此时观察刀路是否满足需求，若有多余刀轨可在刀轨编辑器直接对其刀轨段进行编辑（如图4）。图5为刀轨编辑后的刀路，刀轨切至底面，且间距为0，一个圆弧进刀，到切削，退刀至下个圆弧进刀处，如此反复至完成加工。

图4 “修剪刀轨”界面和刀轨段编辑界面

图5 方腔直棱角处清角

4 结 语

文中介绍了参考刀具清根的两种操作设置技巧。并对飞机中机翼下桁条、机翼下壁板、机身框架、隔框零部件等存在的方腔结构简化案例，采用清根参考刀具操作（单向横向切削）实现直棱拐角面清根进行了详细讲解，剖析了可能遇到的问题并提供了应对策略。文中涉及的螺旋清角的编程方法具有普遍的推广意义和实用价值。