知了筆筒的五軸數控加工

劉俊英，呂輝，梁豐

（河源職業技術學院，廣東 河源517000）

0 引 言

近幾年各高職院校都在進行教學改革，課程的教學也由傳統教學模式轉變為項目式教學。知了筆筒五軸數控加工項目來自企業真實實例，本文將UG 軟件的應用與五軸加工實例項目相結合，對實際的產品進行探究和解析，運用UG 軟件進行實際項目工藝的編排與刀路的編程，提高軟件的應用性和創新性，希望能為高職院校項目教學及工藝品生產企業提供相應借鑒。

1 結構分析及加工工藝制定

知了筆筒結構如圖1 所示，主要包括筆筒槽內壁、頂端平面、外形圖案、底部平面等結構，表面光潔度較高。環繞筆筒一圈的外形圖案和其兩端特征需要進行加工，因此，采用五軸機床進行加工，只需2 次裝夾即可完成加工任務。

根據知了筆筒的尺寸和結構特點，確定其加工工藝如下：1）下料。毛坯大小為φ90×120 的棒料，材料為鋁合金。2）五軸數控銑第一工位，采用四爪卡盤反爪的外爪裝夾，工序為：筆筒內壁粗加工-頂部平面粗加工、精加工→筆筒內壁與底部精加工→筆筒外形對半粗加工→筆筒外形半精加工→筆筒外形精加工，厚度、外形和內槽加工到位。3）五軸數控銑第二工位，采用四爪卡盤正爪的內爪裝夾，工序為：背面粗加工→背面精加工，厚度到位。

圖1 知了筆筒的結構

2 加工工藝參數制定

由于知了筆筒的材料為鋁合金，根據知了筆筒的結構特點，確定各個工位使用的刀具、加工策略及切削參數如表1、表2 所示[1-2]。

表1 第一工位刀具、加工策略及切削參數表

表2 第二工位刀具、加工策略及切削參數表

3 數控程序編制與后處理

3.1 編程前準備

在標準工具條上選擇【開始】|【加工】，系統彈出【加工環境】對話框，在對話框中選擇【mill_multi-axis】多軸銑削模板，然后單擊【確定】按鈕，進入加工環境。

1）創建第一工位坐標系。在幾何視圖里，創建加工坐標系MCS-1，設置安全高度。加工坐標系為建模絕對坐標系，安全高度設置為頂面高“30”，其余參數設置如圖2所示。

2）定義毛坯幾何體。在毛坯幾何體WORKPIECE-1的【指定部件】選擇知了筆筒，【指定毛坯】選擇毛坯零件，如圖3 所示。

圖2 加工坐標系設置

圖3 定義毛坯幾何體

3）創建第二工位坐標系。在幾何視圖里，創建加工坐標系MCS-2，設置安全高度。加工坐標系為建模絕對坐標系，安全高度設置為頂面高“30”，其余參數設置如圖4 所示。

圖4 設置加工坐標系

4）定義毛坯幾何體。毛坯幾何體WORKPIECE-2 的定義方法與第一工位相同。

5）創建刀具。在機床視圖里,點擊【工具條】|【刀片】創建如圖5 所示的刀具。

圖5 創建刀具

6）創建程序組。在程序順序視圖里，點擊創建程序按鈕創建程序組，通過復制現有的程序組然后修改名稱的方法來創建，結果如圖6 所示。

3.2 數控程序編制

3.2.1 知了筆筒第一工位程序編制

知了筆筒第一工位的具體加工步驟如下[3-4]：

1）利用D16R0.8 刀具，采用“型腔銑”，進行筆筒內壁粗加工，內壁和底面各留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖7所示。

2）不用換刀，采用“平面銑”進行頂面粗加工，粗加工留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖8 所示。

圖6 創建程序組

3）不用換刀，采用“平面銑”進行頂面精加工，生成的刀路如圖9 所示。

4）不用換刀，采用“平面銑”進行筆筒內壁精加工，完成內壁加工，生成的刀路如圖10 所示。

5）更換D10刀具，采用“型腔銑”進行外形對半粗加工，側面和底面各留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖11所示。

6）更換D8R4刀具，采用“可變輪廓銑”進行筆筒外形半精加工，側面和底面各留0.1 mm 余量，生成的刀路如圖12 所示。

7）更換D3R1.5 刀具，采用“可變輪廓銑”進行筆筒外形精加工，生成的刀路如圖13 所示。

圖7 內壁粗加工刀路

圖8 頂面粗加工刀路

圖9 頂面精加工刀路

圖10 筆筒內壁加工刀路

圖11 對半開粗外形刀路

圖12 知了外形半精加工刀路

圖13 知了外形精加工刀路

3.2.2 知了筆筒第二工位程序編制

由于知了筆筒內壁為圓柱形狀，外形相對均勻，第一工位加工完成后，第二工位用四爪卡盤的外爪裝夾，第二工位的具體加工步驟如下：1）利用D10 刀具，采用“平面銑”進行底面粗加工，留0.2 mm 余量進行后續精加工，生成的刀路如圖14 所 示；2）不用更換刀具，采用“平面銑”進行底面精加工，完成第二工位的加工，生成的刀路如圖15所示。

3.3 后處理

知了筆筒加工選用的五軸數控聯動加工中心為XYZBC 雙轉臺型機床（數控系統為錸鈉克），加工坐標系零點位于A 軸和C 軸旋轉軸交線處，在進行后處理時選取后處理器“工業機錸鈉克系統BC”，分別對第一和第二工位進行后處理即可[5]。

4 仿真檢查

為了保證加工的安全，編程后，利用VERICUTV8.1.1軟件對知了筆筒第一、第二工位各程序進行仿真檢查。具體方法是：檢查毛坯參數-添加數控程序-檢查對刀參數→添加刀具→激活工位→播放仿真→存儲加工結果[6]。經過仿真軟件仿真后，知了筆筒第一和第二工位各個程序編制合理，各進給參數設置切實可行，可以進行實際加工。

圖14 粗銑底面刀路圖

圖15 精加工底面刀路圖

5 結 語

根據知了筆筒結構特點對其進行了數控編程、后處理及仿真檢查，實踐結果表明，加工刀具和切削參數選擇合理，符合加工質量要求。