基于UG NX復雜曲面模具的數控編程

毛春雷 馬培智

摘要：加工具有復雜曲面特征的型腔模具，且保證加工質量與加工效率，必須從加工工藝、刀具及自動編程軟件等方面綜合考慮。[1]本文即針對材質為3Cr2NiMo的注塑模具型腔進行數控加工編程，通過分析其結構特點，制定加工藝，并根據UG?NX數控編程制點選擇合適的加工工序，并通過其加工線路及切削用量優化功能，使模具的加工質量達到較為理想的程度。

關鍵詞：復雜曲面;模具;UG?NX;數控編程

引言

基于模具的應用及結構特點，模具制造加工水平的程度直接反應了一個國家綜合加工技術水平。在模具的加工應用中，精密、大型、復雜的模具在整個模具行業的地位越來越重要，其所占的比重已達40%，為了適應這一發展趨勢，數字化制造技術模具加工上的應用愈加廣泛。對于模具數字化制造而言，數控加工是其最重要的一點。

對于數控加工而言，在數控加工設備等硬件相同的條件下，所編制加工程序的合理與否，直接影響到被加工件的加工質量。對結構相對簡單的部件，應用手工編程即可完成加工程序的編制，但對于結構復雜的模具來說，復雜的曲面特征，已使手工編程變得極為復雜，將耗費大量的時間，且不宜保證產品的加工精度。

數控編程軟件便由此應運而生，使用其進行產品加工的程序編制，可極大地減少由編程而帶來的輔助加工時間，尤其在被加工對象結構復雜時，優勢更為明顯。一款好的數控編程軟件，不但可以提供多種加工策略，且可針對所生成的加工路徑對切削參數、刀軌進行優化，提高產品的加工效率及加工質量。[2]

UG（Unigraphics?NX）是一種高度集成的計算機輔助設計、分析、制造軟件，是由Siemens?PLM?Software公司出品的。廣泛應用于機械行業的多個領域，可以對數控車床、加工中心、多軸數控加工設備、車銑復合設備、線切割等進行數控加工程序的編制。尤其在mill_contour模塊，擁有型腔銑、插銑、流線、陡峭區域輪廓銑、清根等多達20種的加工策略，涵蓋了產品從粗加工到精加工的全過程，功能異常強大，在數控自動編程軟件的應用中可占到50%左右。[3]

1.復雜曲面模具加工分析

復雜曲面模具如圖1所示，所加工區域為其內部型腔，其余面已加工完成，模具整體尺寸為260mm×160mm×80mm。

圖1?模具結構圖

由圖1可知，在型腔內部有兩個孤島、一個圓錐臺及四個邊角矩形臺，四個側面均為拔模角為5°的拔模面，且型腔內部內凹圓弧面及外凸圓弧面較多，結構較為復雜。

2.編制加工工藝

在制定加工工藝時，首先按照常規的加工工藝確定此復雜曲面模具的加工由粗加工及精加工兩大工序完成。[4]

在粗加工時，為保證加工效率，其主要目的是盡可能快地去除材料，并留有一定的加工余量。故在應用UG?NX進行數控編程時，選用型腔銑做為粗加工策略，并選用刀具為端銑刀，銑刀直徑為15mm。此模具材質為3Cr2NiMo，硬度為32～36HRC，故可設定主軸轉速為1500r/min，進給速度為300mm/min。

精加工的主要目的是為了保證產品的加工質量。但此模具結構復雜，不宜采用一柄刀具、一種加工策略來完成。可初步設定主軸轉速為2000r/min，進給速度為250r/min，后期根據不同的加工策略進行調整和優化。

對有四個拔模角度的側面，因其拔模角較小，屬較為陡峭區域，故采用陡峭區域直接輪廓銑加工策略，且因側面間的連接半徑為3mm，故選用直徑為6mm的球銑刀;圓錐臺側面的加工亦同樣選用陡峭區域直接輪廓銑加工策略。

型腔的底面及四個邊角矩形臺、兩個孤島的頂面與側面，均由平面與垂直面組成，宜采用端銑刀的底面及側刃加工。故此在UG?NX中選用底壁加工策略，刀具選用直徑為6mm的端銑刀。

對于型腔中的外凸圓弧面，采用曲面區域輪廓銑的加工策略，并選用直徑為6mm的球銑刀。

針對型腔中的內凹圓弧面，因其圓弧半徑較小，宜采用單刀路清根的加工策略，并選用與內凹圓弧面半徑一致的球銑刀。

3.UG?NX相關參數設置

在確定加工工藝后，需根據所采用的加工策略及加工對象進行參數的進一步設置，并生成刀軌。

在設置型腔銑加工策略用于粗加工時，選用“MILL_ROUGH”作為加工方法，設定部件加工余量為1mm。切削模式為“跟隨部件”，步距為刀具直徑的50%，最大切削深度為6mm。為保護切削刀具，選擇進刀與退刀類型均為“螺旋”。選擇區域排序為“優化”，并選中“在生成時優化進給率”選項。

精加工時，針對側面與圓錐臺側面的加工，需要分別建立陡峭區域直接輪廓銑加工策略工序，并根據不同的幾何形狀結構，在四拔模側面的加工時，選用“流線”作為驅動方法，圓錐臺側面的加工選用“螺紋式”作為驅動方法。方法均選用?“MILL_FINISH”。最大刀距選擇為刀具直徑的10%，并選中?“優化刀軌”?選項。

在進行底壁加工策略的設置時，切削區域范圍為“壁”，切削模式為“跟隨部件”，步距為刀具直徑的75%，方法選用?“MILL_FINISH”。設定拐角處的刀軌形狀“光順”為“所有刀路”。

在曲面區域輪廓銑加工策略設置時，選用?“區域銑削”作為驅動方法。方法選用?“MILL_FINISH”。設定步距為0.5mm，并選中?“優化刀軌”選項。

單刀路清根加工策略的設置較為簡單，除去常規設置外，僅需設置“非陡峭切削模式”為“單向”即可。

在所有工序設置完成后，可得刀軌路徑如圖2?所示，運行仿真可得結果如圖3所示，得到數控加工時間為40分鐘。

圖2?復雜曲面模具刀軌圖

圖3?切削模擬后產品圖

根據生成的刀軌，點擊“后處理”按鈕，選擇“MILL_3_AXIS”作為處理器，生成加工程序代碼如圖4所示。

圖4?數控程序代碼

4.結論

由圖2可知，在有拔模角度的陡峭區域、外凸圓弧曲面區域均設置了較密的刀軌，有利于減少因加工而產生的殘留高度、保證模具加工質量。在平面區域，刀軌路徑較疏松，有利于提高模具的加工效率。

針對具有復雜曲面特征結構的模具進行數控自動編程時，應首先對曲面特征結構進行分析，然后根據軟件特點，選擇合適的加工策略，才能達到較為理想的數控編程質量。

參考文獻：

[1]葛付存.模具數控加工質量的因素分析.信息與電腦[J].信息與電腦，2010（01）.

[2]高國利，張森，胡作寰.基于UG的數控編程關鍵技術研究[J].模具工業，2011（06）.

[3]李艷霞.基于UG的型腔銑削數控編程的應用技巧[J].機床與液壓，2010（20）.

[4]李文君，劉曉超.基于CAXA的可樂瓶底模具數控加工方法的比較研究[J].機電工程技術，2009（09）.