基于UG的分流芯桿四軸數控加工方法

林新貴，詹欣榮，易根苗

（廣州番禺職業技術學院，廣州 511483）

0 引言

四軸加工技術是指同時控制機床上四軸的聯動，實現對零件的加工。它主要用于加工具有復雜曲面的工件，與三軸聯動加工相比，四軸加工更高效、更精密、能實現自動化加工。模具中的分流芯桿，具有心形空間槽和半圓形空間槽的結構，用三軸聯動機床難于加工，采用UG 4.0軟件進行建模和編程，并通過四軸數控銑床制造出高精度、高質量的分流芯桿；無須鉗工修整，即可達到精度與技術要求。

1 分流芯桿的三維建模

1.1 分流芯桿結構及參數分析

圖1 分流芯桿設計圖

分流芯桿的結構尺寸如圖1所示，此零件的結構特點是： 在Φ76的圓柱體中有一個心形空間槽，槽深6mm，槽寬10mm；在Φ90的圓柱體中有一個半圓形空間槽，槽深7.5mm, 槽寬20mm；在半圓形空間槽上需加工兩通孔，材料為45#鋼。

分流芯桿的運動規律參數如圖2所示：

圖2 心形曲線圓周展開圖

1.2 分流芯桿的三維建模

根據圖1和圖2中的有關參數和尺寸，半圓形空間槽及其上的孔較易構建，心形空間槽的構建步驟是先繪制相應的特征點并構造展開曲線，然后將展開曲線纏繞至Φ76圓柱面，最后通過截面沿導引線掃描得到心形空間槽，分流芯桿三維模型如圖3所示。

2 加工工藝方案設計

圖3 分流芯桿模型

毛坯的準備：根據分流芯桿的結構特點，如圖1所示的零件除心形空間槽、半圓形空間槽及其上的通孔外的其它部分，應該由數控車床完成加工，為了裝夾方便，毛坯預留工藝凸臺，四軸加工后切除。

機床的選擇：四軸加工選用的機床是大連機床集團的VDF850四軸數控銑床，系統為華中22T，該機床在工作臺上附加一個旋轉分度頭（A軸），機床最高轉速為8000r/min，機床加工精度為1mm，能滿足加工要求。

裝夾方式：VDF850是在工作臺上附加一個旋轉分度頭（A軸）的四軸數控銑床。加工分流芯桿時采用旋轉分度頭進行裝夾，采用一夾一頂的方式。

加工工序：結合UG軟件的特點，采用如下表所示的加工工序。

工藝要點分析：

1）由于Φ90外圓對基準A有同軸度要求，因此在裝夾零件時，必須保證精度。

2）心形空間槽形狀復雜，采用平底銑刀由上至下進行開粗，注意下刀位置要在參數表中的A位置。為了在加工較深位置時，防止下刀時引起側面的過切，側面選用較大的余量。

3）心形空間槽的加工策略，采用的刀具直徑與槽寬相同（當然也可以不同），應特別注意要在空間槽的端頭進刀，不宜在空間槽的中間進刀，因為該槽直接影響到分流的控制精度，而端頭只要有退讓空間就可以了。

4）心形空間槽的加工策略，先采用的較小刀具直徑進行開粗。

5）在加工Φ90的圓柱體中的半圓形空間槽時，先采用Φ10的立銑刀對Φ14的通孔加工，然后再進行半圓形空間槽加工。加工半圓形空間槽時,先采用Φ12的端銑刀進行粗加工。

6）為了實現半圓空間槽中的R3圓角加工,分析和設計好刀具軌跡線非常重要。具體思路是：首先對半圓槽輪廓軌跡線的進行設計和計算,然后將新生成的軌跡線作為驅動曲線生成刀具軌跡。這是因為粗精加工所選用的刀具不同，半圓槽輪廓軌跡線長度也不同，如選擇同一條刀具軌跡線將導致零件的過切。

7）在進行半圓空間槽中的R3圓角加工時,注意選擇刀具軌跡線的起始位置, 避免因為下刀位置不合理而引起零件的過切。（本例選在兩半圓弧連接線的中間位置下刀）

3 UG編程過程

3.1 編程準備

首先將MCS加工件坐標系原點設在分流芯桿右端面回轉中心位置，使編程和加工時的坐標系原點重合，同時便于對刀。為了心形空間槽和半圓形空間槽編程過程中直觀的仿真，分別繪制出Φ76圓柱面和Φ90圓柱面幾何體作為加工的毛坯。

3.2 編程過程參數的選擇

分流芯桿中的心形空間槽和半圓形空間槽的編程分為粗精加工兩部分，均通過可變軸曲面輪廓銑的功能實現，驅動方式均為“曲線”。它的編程過程需要兩個步驟：第1步從驅動幾何體上產生驅動點。第2步將驅動點沿投影方向投射到零件幾何體上，產生刀具軌跡點，刀具跟隨這些點進行加工。

3.3 后置處理

編程完成并仿真校驗合格后就可以進行后置處理，生成G代碼程序。必須根據所選用的機床類型和數控系統，在UG后處理構造器中,選擇NC編碼所需的參數以及機床運動參數，如機床、程序和刀軌、數據格式、列表文件和輸出控制及文件預覽等，來創建與加工條件相吻合的四軸后處理程序，然后才能進行后置處理。

3.4 優化程序

后置處理生成的程序可直接用于精加工，但因吃刀量過大不能直接用于粗加工，可通過下例(斜體)所示，用增加宏變量實現深度分層方式優化程序，實現對工件的粗加工。

%0012

N0040 G00 G90 X-115.Y0.0 A0.0 S1200 M03

N0050 Z80

G01Z40.F800

#1=0(加工深度初始值為0)

WHILE#1LE6 （當#1小于或等于6時，循環結束）

N0060 G01 Z[38-#1] F200.

N0070 X-115.265 A3.179F500

4 結束語

通過運用UG軟件進行零件的建模，靈活運用工藝策略，進行數控編程；通過合理的加工工藝和機床操作，實現了分流芯桿的加工。零件輪廓清晰，加工精度和表面質量符合設計要求, 實際的加工效果（末切除工藝凸臺）如圖所示。

[1] 黃毓榮,陳大治.UG NX4 高級銑應用應用技術[M].清華大學出版社,2007.

[2] 黃翔,李迎光.數控編程理論、技術與應用[M].清華大學出版社,2006.

[3] 楊勝群,唐秀梅.UG NX4 數控加工高級教程[M].清華大學出版社,2007

[4] 楊勝群,李海泳,趙明,李家永.UG NX4 數控加工實用教程[M].清華大學出版社,2006.

[5] 吳國梁.銑工實用技術手冊.江蘇科學技術出版社,2003.