基于NX的楦頭五軸定向加工區域銜接技術應用探究

郎永兵

（廣州市工貿技師學院，廣州510425）

0 引 言

楦頭是中國傳統的制鞋用具，通常按材質分為木楦、塑楦和鋁楦三種。目前，隨著產品制造業的迅猛發展，應用五軸加工技術完成楦頭加工成效顯著。下面以NX軟件為基礎，探究楦頭編程加工技術。

1 編程工藝

根據多軸加工的編程策略，對圖1所示的楦頭可采用多軸聯動與定向加工兩種方式進行編程。在實際應用中因擺動/旋轉軸較線性軸運動性能差及聯動加工精度等因素，一般優先選用定向加工。

楦頭模型底部中間為平坦曲面，周邊為環形曲面，主體部分為異形曲面。根據NX編程功能及特點，按加工部位、編程功能制定其精加工編程工藝，裝夾與坐標如圖2所示，編程工藝如表1所示。

2 五軸定向加工

圖1 楦頭

圖2 裝夾

NX加工模塊中的固定軸輪廓銑提供了曲線/點、區域銑削、引導曲線、曲面區域等多種驅動方法，選擇何種驅動方法與要加工的零件表面的形狀及其復雜程度有關。固定軸加工適用于加工一個或多個復雜曲面, 根據不同的加工對象, 可實現多種方式的精加工[1]。

2.1 底部周邊加工

楦頭模型底部周邊為環形曲面，為提高刀具路徑的光順性，適合選用兩個引導曲線驅動的加工策略，通過設定不同的刀軌等參數[2]，完成螺旋狀加工刀具路徑，具體操作如下：

1）編程坐標系與幾何體。編程坐標系是CAM編程及輸出加工程序的參考坐標。NX中的幾何體主要由部件幾何體、毛坯幾何體及檢查幾何體組成，在編程過程中依加工部位選擇設置。

按圖2所示的裝夾方式設置編程坐標系，編程坐標系位于夾具體上表面中間位置。在【工件】→【幾何體】中選擇楦頭模型為原部件，設置毛坯幾何體為“部件的偏置”，設定偏置量為“0.5”，如圖3所示。

表1 編程工藝

圖3 幾何體設置

2）加工工序建立與刀具設置。NX固定輪廓銑是用于對具有多種驅動方法、空間范圍和切削模式的部件或切削區域進行輪廓銑的基礎固定軸輪廓銑的工序。在應用中根據需要指定部件幾何體和切削區域，通過選擇并編輯驅動方法來指定驅動幾何體和切削方法。通常用于輪廓形狀的半精加工、精加工工序。

3）引導曲線選擇與內部參數設置。引導曲線主要用于確定刀軌的路徑與方向，需在驅動幾何體的選項中分別添加[2]。

在【驅動方法】中，選擇【引導曲線】，進入其對話框，選擇【模式類型】為“變形”并添加模型底面周邊環形曲面內、外邊界為引導曲線（如圖5），設置切削模式、步距等相關參數（如圖6），完成引導曲線驅動方法設置，生成底面周邊加工刀具路徑如圖7所示。

圖4 固定輪廓銑工序

圖5 引導曲線

圖6 曲線驅動設置

圖7 底面周邊加工刀具路徑

2.2 底部中間曲面加工

平坦曲面的加工一般采用平行往復的加工策略，在編程中通過調整切削角度可以減少抬刀，并避免了機床坐標軸的間歇性運動。在固定軸輪廓銑中可通過指定切削區域、設置區域銑削相關參數生成定角度平行往復加工刀具路徑。

創建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在固定輪廓銑對話框中指定切削區域為底部中間曲面（如圖8），在驅動方法中，選擇【區域銑削】，進入其對話框，選擇【陡峭空間范圍】為“無”，設置【非陡峭切削模式】為“往復”、【切削角】為“40°”（如圖9），完成區域銑削驅動方法設置，生成底部中間曲面加工刀具路徑如圖10所示。

2.3 主體部分曲面加工

為簡化編程，對主體部分曲面通過0°、90°、180°、270°四個方向進行定軸加工。在編程時涉及各加工區域劃分與區域間的銜接，在固定軸輪廓銑中主要通過以下兩種編程策略相互配合完成：1）加工區域劃分。在區域銑削驅動方法中，通過陡峭空間范圍中的陡峭壁角度選項, 將陡峭區域與非陡峭區域分開, 并可分別指定陡峭、非陡峭區域的走刀方式。2）加工區域銜接。在固定軸輪廓銑中，位于刀軌設置下切削參數中的空間范圍選項卡主要對加工過程工件依程序順序進行毛坯跟隨控制，通過結合毛坯幾何體設置最少除料量完成與前工序均勻重疊加工。

楦頭主體曲面呈瘦長形，為方便編程，在90°、270°方向通過區域劃分方式編程，0°、180°方向通過區域銜接方式編程，具體操作如下。

2.3.1 90°、270°方向加工

創建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在驅動方法中，選擇【區域銑削】，進入其對話框，選擇【陡峭空間范圍】為“非陡峭”，設置【陡峭壁角度】為“60°”、【非陡峭切削模式】為“往復”、【切削角】為“自動”，完成區域銑削驅動方法設置，選擇【刀軸】為“動態”，通過控制手柄設置刀軸為90°方向（如圖11），生成90°方向加工刀具路徑，如圖12所示。據此完成270°方向固定輪廓銑工序，如圖13所示。

2.3.2 0°、180°方向加工

創建固定輪廓銑工序，在“位置”中指定底部周邊加工中的程序、刀具、幾何體。在驅動方法中，選擇【區域銑削】，進入其對話框，選擇【陡峭空間范圍】為“無”，設置【非陡峭切削模式】為“往復”、【切削角】為“65°”，選擇【刀軸】為“動態”，通過控制手柄設置刀軸為0°方向（如圖14），選擇【刀軌】→【切削參數】，設置空間范圍選項參數（如圖15），生成0°方向加工刀具路徑，如圖16所示。據此完成180°方向固定輪廓銑工序，區域銜接刀具路徑如圖17所示。

圖8 切削區域

圖9 區域銑削參數

圖10 底部中間曲面刀具路徑

圖11 刀軸設置

圖12 90°方向刀具路徑

圖13 270°方向刀具路徑

圖14 刀軸設置

圖15 空間范圍設置

圖16 0°方向刀具路徑

圖17 區域銜接刀具路徑

3 結 語

NX固定軸輪廓銑中提供了多種驅動方法可滿足不同對象的加工,結合幾何體、刀軸、刀軌等內部參數可實現加工區域劃分、區域自動銜接、環形面螺旋走刀等切削模式的刀具路徑，并能有效控制加工過程中的抬刀，使刀具路徑光順、銜接加工區域均勻。正確理解NX軟件CAM功能及選項參數、合理選擇驅動方法定制編程工藝是實現高質量編程的關鍵因素，是提高曲面加工效率的先決條件。