基于UG12.0的多个零件正反面数控加工工艺研究

刘兴良, 李 鹏

(西安航空学院 a.机械工程学院；b.国营红庆机械厂，西安 710077)

0 引言

在实际生产过程中，多数操作人员采用数控铣床加工工件时，使用计算机编程没有考虑所需加工零件的共性特征，而是按照一个工件使用一个毛坯和一个坐标系进行工艺设计及编程，设计加工工艺只考虑如何把一个零件加工合格，导致零件在加工过程中需要多次找正安装和对刀操作，浪费大量时间，同时多次安装会影响零件加工的精度。工件材料为7050铝合金的3种同类型零件图如图1所示，3个零件的厚度都是12 mm，都有大平面需要加工[1-6]，材料的机械加工性能好，抗拉强度为490 MPa，硬度为HB135，加工时采用高速切削，切削力和切削热小，加工过程刀具和工件受力小，温度低，刀具和工件不易变形，有利于保证加工质量。根据零件图纸的标注尺寸与技术要求，零件精度要求不高，但表面粗糙度要求较高。由于加工表面有曲面、内型腔与轮廓面，适合用数控机床加工。根据零件尺寸和数量，选择450 mm×450 mm×(14±1) mm 7050铝合金的板材加工，在机床加工行程和毛坯尺寸允许范围内，对零件加工位置进行合理规划，实现一次装夹加工多个零件的工艺设计，对提高零件的加工质量和加工效率、节约毛坯材料的用量有重要意义。

图1 工件材料为7050铝合金的3种同类型零件图

1 零件建模

通过UG12.0软件，选择“草图”平面，创建任务草图，针对尺寸有上下偏差限制要求，采用中值尺寸绘制草图。完成草图后，使用实体特征建模命令，如“拉伸”、“求和”、“求差”、“阵列”、“倒角”、“倒圆”、“基准平面”、“抽壳”、“孔”等命令进行实体建模，生成零件数字模型。

2 零件毛坯排料

加工前对每个零件进行分析，根据图1可知，3种零件都有一个大平面且厚度均为12 mm，可以将3种零件安排在一块毛坯中进行加工，毛坯厚度根据几个零件中需要厚度最大的尺寸选择，要考虑装夹的方法、加工正反面的顺序，设置一个工艺孔或做一个直角边为基准，确定正反面的位置关系。进行排料时，为便于移动工件，需要使用电极设计模块的包容块功能，把零件放到包容块中。使用包容块功能前，选择零件，放到正视位置，点击“包容块”命令按钮，窗选零件，生成零件的包容块。打开另一个数模文件，选择零件后复制，再返回到前面的数模文件中，粘贴，出现粘贴特征对话框，按“确定”后复制的零件进入最初的零件数模中，由于复制的零件坐标系与最初零件坐标系的坐标轴方向可能不同，导致粘贴后零件的空间位置与初始零件的位置可能不同，选复制进去的零件，摆放正视位，创建包容块，这时选择加工模块“菜单”下级的“编辑”，进入“编辑”的下级菜单“移动对象”，出现移动对象对话框，在对话框中的运动处选运动方式“坐标系到坐标系”，选择移动对象时选择包容块和工件共两个对象，在移动的包容块上选“指定起始坐标系”，在包容块上选原点，注意查看ZC轴方向，使其与工件加工面垂直，确定移动件的原点和ZC轴方向后，按确定按钮。接着选“指定目标坐标系”，在原始标准包容块上选定移到原点，出现新坐标系，注意当ZC轴相同时，选择“确定”，新包容块和工件就会移动到原来的坐标系中。移动位置不对时，在移动对象的运动方式中选择“距离”或“角度”等，把包容块和工件都放到同一底面的高度处。在摆放工件位置时要考虑毛坯的形状和尺寸，还要考虑最后切割工件时选用刀具的直径尺寸，两个零件相邻边间隔尺寸最少是切割时刀具的直径尺寸。毛坯上加工位排列好后，可以删除包容块。使用上述介绍的方法，对图1中的3种四个工件(最后零件的数量是2)毛坯排料，加工工件毛坯排料如图2。

图2 加工工件毛坯排料

3 加工设计

3.1 正面加工

零件加工之前，首先要保证毛坯所需的厚度要求、表面粗糙度要求、平面度与平行度要求，再进行工件的内部加工。工件内部有斜面、型腔、孔、凸台，可以每个零件单独设计加工程序，也可以把多个零件相同的加工内容设置为一个加工程序。使用d12r0立铣刀设置的3个工件上斜面加工工序和型腔加工的粗加工刀路，如图3所示；再选择其他刀具，如d6r2圆鼻刀，设置曲面精加工刀路，如图4所示；使用d10r0立铣刀精加工内腔底面刀路，如图5所示。为满足表面粗糙度Ra3.2的要求，精加工时使用钨钴类硬质合金YG6X立铣刀，切削速度取250 m/min，进给速度2000 mm/min，切削深度0.5 mm。精加工斜面时使用d6r2的圆鼻刀，行距取0.15 mm就可以达到Ra3.2的要求。工件中所涉及的孔应该先加工，此面加工完需要翻面，翻面之后，孔是通孔，需要钻透，装夹很复杂，孔加工如图6所示。工件加工深度从加工到完成，应留下0.5 mm的厚度，即相邻两个表面切割时毛坯所留的连接筋厚度尺寸。毛坯平板在机床工作台面上安装好，加工开始前先要用立铣刀加工一个直边，作为工件翻面后找正安装的基准边。第一个面加工开始前，工件原点可以设置在毛坯的任何位置，只需保证零件都在毛坯上。如图3所示，编程原点设在毛坯左中部位，并不在任何工件上。

图3 斜面加工工序和型腔加工的粗加工刀路

图4曲面精加工刀路

图5 精加工内腔底面刀路

图6 孔加工

3.2 反面加工

在正面的加工内容加工完成，松开零件前，在毛坯上不影响零件加工的位置加工一个工艺孔，作为零件翻面后的加工原点，如图2所示的基准孔就是加工的新原点。通常先在机床上加工工艺孔，加工时要保证孔位在铣床工作台的T型槽处，保证刀具落在T型槽中，不碰到工作台，记下此位置在原工件坐标系的坐标值。再在软件原工件坐标系位置处创建与加工孔尺寸相同的实体。工件翻面时根据左右翻面或前后翻面，注意坐标轴的方向发生变化，翻面后夹紧前要用百分表找正前面加工的直边，保证零件在工作台面上正确放置。夹紧工件后在主轴上安装端面式杠杆百分表，盘孔，找正孔中心，当主轴旋转百分表指针压着孔表面一圈表针不摆动时，可以认为主轴中心与孔中心同轴，记下当前位置X和Y的机械坐标值，输入到翻面后的工件坐标系设定指令下的X和Y处。Z向对刀时要看软件编程坐标系中ZM轴的原点在工件上表面还是下表面，如果在工件下表面，实际机床对刀时在工作台表面或工件下表面，若在工件上表面，对刀时在工件上表面。翻面加工新原点与生成的刀路轨迹如图7所示。在零件翻面后加工内容加工完，使用平面轮廓铣的工序实现铣轮廓加工，加工深度底部保留0.5 mm的连接筋板，切断刀路轨迹如图8所示。所有零件轮廓铣加工完成，卸下工件，在钳工台上分割零件，去毛刺。零件加工结果如图9所示，经测量达到尺寸精度与表面精度要求。

图9零件加工结果

4 结论

文中所述方法，加工基准是编程原点，编程原点不在工件上时，同样保证了加工精度。在数控加工中有很多零件和配合件都采用上述方法进行加工，设置安装基准，在多件加工完成后，再切削去掉安装基准。这一方法保证了加工精度，同时节约了辅助时间，提高了生成效率，特别适合不便于装夹的零件加工。