基于UG10.0的圓孔高速螺旋銑削技術應用研究

潘強 馬海波

摘要：應用UG10.0自動編程軟件編程，針對多規格尺寸孔、交叉孔及斜面孔等，采用1把數控銑刀，利用螺旋銑削的方法，高效、快速地完成程序編制和零件孔的加工，本方法不僅可以大大縮減刀具的使用數量，同時通過示例模擬切削比較，也大大降低了生產用時，提高了生產效率，且孔壁表面質量更好，孔及孔位精度更高。

關鍵詞： UG10.0;高速螺旋銑;改公差;添指令;螺旋直徑;自動編程

中圖分類號： TG54 ?文獻標識碼： A 文章編號： 2095-8153（2019）04-0073-04

0 引言

在汽車零部件加工中，經常可以碰到同一零件上設計有幾種甚至多達幾十種規格尺寸的孔，零件傾斜面上設計有軸線非垂直于斜面上的孔，零件上設計有2孔或多孔交叉構成的型腔（即交叉孔）。對于這類零件我們一般優先采用數控銑床或加工中心設備，運用數控系統固化的孔鉆削加工循環指令如：G81/G83等進行程序編制。但是由于孔的規格尺寸偏多，準備與之匹配的鉆頭、鉸刀等刀具也偏多，從而大大拉長了刀具選換使用過程周期。針對斜面孔、交叉孔加工，往往采用銑削工藝先行輔助或專用工裝夾具才能完成加工任務和技術要求。整個生產過程備刀多、換刀多，生產效率低，且孔及孔位質量與精度也難于保證。

鑒于此，本文提出一種應用UG10.0自動編程軟件，針對多規格尺寸孔、交叉孔、斜面孔等，采用一把數控銑刀，利用螺旋銑削的方法，高效、快速地完成零件孔的銑削加工。

1 高速螺旋銑削簡介

UG10.0中高速螺旋銑削是一種直接利用螺旋式下刀切入，對孔進行銑削加工的一種自動編程方法[1]，其具有轉速高、進給快、不抬刀（銑削未完成前）、不換刀等特點。其主要對象為孔類，尤其是在如圖1所示的多規格尺寸孔、斜面孔、交叉孔加工方面，效率極高、精度極好、質量極佳，非常具有工程應用推廣價值。

2 高速螺旋銑削適用對象

（1）適用對象1：規格尺寸偏多的孔類零件，且孔尺寸最好介于1～2倍刀具之間，如圖2所示，該零件共計設置7個孔位（左1單列1行，列2-4分為2行，上下為螺旋中心是否偏離孔中心切削軌跡對比），列數1為1倍刀徑孔，列數2為1.5倍刀徑孔，列數3為2倍刀徑孔，列數4為3倍刀徑孔。經軟件編程編程仿真得出以下結論：

1倍徑孔加工需特殊處理。因1倍刀徑孔螺旋直徑為0不能生成螺旋軌跡，若孔基準尺寸增加0.05mm以上且內/外公差設置值為0.001以下，經軟件計算才能生成螺旋軌跡;

1.5～2倍徑孔加工可控，只要把握好螺旋直徑的設置值（孔徑-刀具直徑）均可正常切削完成加工，把握不好會出現圖2中所示螺旋中心偏離孔中心而出現螺旋切屑完畢后壁余量過大，最后一次清壁加工時易出現斷刀事故。

3倍徑孔加工不好把控，加工過程中會出現1.5～2最后清壁余量大而斷刀的情況;另一參數設置也可能出現為1環槽銑削加工，也易出現斷刀事故。

（2）適用對象2：設置于斜面上的孔類零件，該類孔加工采用傳統的加工工藝為銑平面—中心孔—鉆孔等共計3序（暫不考慮擴或鉸加工）或采用專用鉆削工裝夾具輔助導向鉆削加工完成，而采用螺旋銑削則可以一序加工到位。

（3）適用對象3：具有孔位交叉重合的零件，該類零件一般為鉆削加工完整孔位銑削加工不完整孔位或是采用專用鉆削工裝夾具輔助導向鉆削加工完成，而采用螺旋銑削則可以一個交叉孔對象進行1次螺旋銑削加工完成，不存在切削壁余量不均勻而尺寸移位現象。

（4）適用對象4：設置有沉頭孔的零件，且沉頭直徑/孔徑≤3（原因分析參考適用對象1中的原因分析），傳統的方法沉頭在孔鉆削完成后進行锪孔處理或是直接使用臺階鉆加工完成，而采用螺旋銑削則可以分沉頭和孔各1次螺旋銑削加工完成。

3 高速螺旋銑參數設置

如圖3所示，其為利用UG10.0CAM軟件編制高速螺旋銑削程序的主模式（型腔銑）選擇、參數設置步驟與設置值，具體參數設置及說明參見表1。

4 高速螺旋銑削精度控制方法

（1）改公差：提高軟件切削參數中的內/外公差等級，根據DDA數控插補原理，公差越小，刀軌擬合軌跡樣條精度就越高，理論形狀軌跡就越接近，零件的形狀精度更佳，表面質量也更好。

（2）添指令：針對Fanuc數控系統，需要添加G05.1（AI先行控制/AI輪廓控制）指令，它是以高速高精度加工為目的預讀程序段功能，AI先行控制最多可以預讀20個程序塊，AI輪廓控制最多可以預讀40個程序塊，并進行插補前加速/減速，由此可順利實現多個程序塊之間的加速/減速，進行更加高速的加工。通過使用本功能，可以有效控制在進刀速度加快時變大、加速/減速的遲延以及伺服系統的遲延，由此來減少加工形狀的誤差。具體做法：位置記錄開始時添加G05.1 Q1（ON）使之功能激活，位置記錄結束時添加G05.1 Q0（OFF）使之功能結束。

5 高速螺旋銑削加工注意事項

高速螺旋銑削加工一般需要把握好311（即“三設置一處理一選用”）原則，具體如下：

（1）螺旋直徑的設置，一般遵循原則：螺旋直徑=加工要求孔徑-刀具直徑，否則極易出現螺旋中心與孔中心不一致，容易出現孔側壁余量不均，刀具會因切削力突然增大而斷刀。

（2）最小斜面長度設置，一般遵循的原則：設置值與螺旋直徑一致，當大于螺旋直徑時會出現“螺旋進刀直徑必須大于等于最小斜面長度”警示對話框，造成無法生成刀軌;當小于螺旋直徑會出現壁余量過大，最后一次清壁加工時因一次去除材料體積過大造成切削力過大而斷刀。

（3）螺旋斜坡角的設置，一般遵循的原則：生成的螺旋刀軌兩圈之間距離0.25-0.5 mm左右即可。坡角設置過大會出現進給迅猛，單位時間內去除材料體積偏大造成切削力大而斷刀，坡角設置過低會出現刀具與材料始終處于親密接觸干摩擦狀態，摩擦產生的高溫會加劇刀具的磨損，影響刀具的使用壽命。

（4）切屑的急排處理，因螺旋式切削完成之前刀具是無抬刀動作的，那么切削產生的鐵屑如果不能從孔內及時排除，積屑與刀具摩擦會產生高溫，從而使積屑燒結于孔壁影響孔的表面質量與精度，同時沖擊切削力也極易造成刀具的側刃的崩刃，加劇刀具的磨損。

（5）冷卻方式的選用，為了更好地有效解決切削過程中切屑在孔內的停留，因整個加工過程中孔基本上為盲孔狀態，故不宜選用液冷，而宜選用高壓氣體的冷卻方式。較之液冷，其在切屑及時排放需求下與主軸高速旋轉方式下冷卻效果會更佳一些。

6 編程實例

如圖1，毛坯為右方已倒斜角的塊料，材料為45#鋼。

該零件上設置了直徑從10 mm-20 mm，共計11種尺寸規格的孔（所有加工孔位公差取上偏差+0.05 mm），其中包含1處交叉孔、3處斜面孔。如果選用直徑為Φ10 mm的數控直立銑刀，孔的尺寸介于1～2倍刀具之間。

如果使用傳統的鉆削加工工藝方法，大概需要換刀15次左右（其中銑沉頭、斜面鉆削工藝面共用1把刀A，鉆工藝孔為1把中心鉆B，鉆孔11把麻花鉆C-M，交叉孔1個擴銑1把刀A，整體孔口倒角1把刀N），以加工中心換刀20秒/次計，換刀共計需要15s*16=240s=4min;以平均進給100mm/min，單孔切屑完成大概用時40mm100mm/min=0.40min（35mm含工藝孔和鉆孔深度軌跡），所有孔加工完成用時為0.4min*14=5.6min，整體需要9.6min左右。

如果采用高速螺旋銑削方式，選用一把直徑為10mm的四刃平底直柄立銑刀即可，經用NC Viewer軟件模擬加工時間為6.35min（轉速S=2992r/min，進給F=0.15*4*2992=1795.2mm/min，斜坡角1.5度），程序如下（節選）：

7 結語

與傳統鉆孔工藝相比，螺旋銑孔采用了完全不同的加工方式。螺旋銑孔過程由主軸的自轉和主軸繞孔中心的公轉2種運動復合而成[2]。結合圖1所示零件加工，應用高速螺旋銑削方式，安裝一把刀具即可完成所有孔的加工，不需要反復換刀，不需要進行零件翻轉，從而實現高效、高精、高質量的加工目的，通過軟件對刀軌進行仿真切削用時對比，后者生產效率可以提高0.5倍以上，具有深遠的工程應用推廣價值。

[參考文獻]

[1]蔣悅情.淺談螺紋的銑削加工[J].CAD/CAM與制造業信息化，2010（09）：79.

[2]戚寶運，王俊祥.螺旋銑孔技術的原理及其應用[J].新技術新工藝，2013（07）：11.

Abstract：This paper presents an automatic programming software UG10.0， which uses a numerical control milling cutter for multi-size holes， cross holes and inclined holes. By means of spiral milling， the programming and processing of part holes can be completed efficiently and quickly. The number of tools used can be greatly reduced， and at the same time， the production time is greatly reduced， the production efficiency is improved， and the surface quality of the hole wall is better， and the accuracy of hole and hole position is higher， compared with simulated cutting by examples.

Key words： UG10.0; high-speed helical; milling tolerance; add instruction; helical diameter; automatic programming