一種銑床用多工位夾具關鍵零部件的數字化編程與仿真加工*

韓 宇，張金球，李 磊

（深圳技師學院，廣東 深圳 518116）

1 銑床用多工位夾具概述

1.1 多工位銑床夾具研究價值

銑床加工零件時，需將工件固定在夾具上。常見的夾具為普通平口鉗；固定時，需根據工件的不同尺寸，用若干尺寸不等的墊塊支撐工件，由于墊塊本身存在加工誤差，這樣裝夾好的工件會引入機床精度以外的誤差[1-2]。為解決上述問題，文章設計了一套可旋轉的多工位銑床用夾具，該夾具可以四面旋轉，實現一套夾具多工位工作，而且在裝夾的過程中，可以選擇與工件高度和加工深度相適應的裝夾工位，不需墊塊支撐，從而可以提高被加工工件的裝夾精度和加工質量。

1.2 多工位銑床夾具的裝夾原理

1）工位選擇與轉換。所述的銑床多工位夾具，其工作原理為左右夾鉗相互配合實現工件的支撐和加緊，通過轉動2 夾鉗實現4 種不同工位的切換，4 個工位的L值，所述的L值是指夾具每個工位的安裝面到夾具工作時最高點的垂直距離[3]。各不相同，從而可以裝夾高度H值不等的工件。選擇工位的依據為被加工零部件的幾何尺寸，如圖1 所示。4 個工位的L值不同，依據工件的高度H與L值的關系選擇合適的工位，通常選擇工位時的H大于L。

圖1 多工位夾具裝夾示意圖

2）夾具鎖緊與松開。夾具在正常使用時，通過T 型螺栓固定在銑工作臺上。根據工件的實際尺寸選擇合適的工位。工位選擇后，使用開口扳手順時針旋轉夾具右側的扳手位，推動右側夾鉗收緊左右夾鉗的距離，完成工件的裝夾。工件加工完成后，逆時針旋轉扳手位，以松開夾具取出工件[4]。

2 多工位夾具關鍵零部件幾何特征

左右夾鉗的幾何特征為矩形凸臺凹槽結構，中心為通孔，用以裝配定位導向軸，實現繞軸旋轉工位轉換；左右夾鉗上開有V 型凹槽，用于實現夾鉗加緊工件時的定位，定位時圓柱銷與夾鉗凹槽斜面相切。右夾鉗上有方向偏心凸臺結構，與左夾鉗上的方形偏心凹槽結構相配合，以組成4 個高低不等的工位。

由于左右夾鉗結構相似，文章以右夾鉗為例，進行工藝、編程及仿真加工等工藝分析。按照設計要求，中心孔在夾具工作時起導向和定位作用，其精度要求較高，采用基孔制，公差配合等級H6/K6，中心孔直徑公差為0 ～0.016mm。

3 銑床用多工位夾具關鍵零部件工藝編制

3.1 右夾鉗結構工藝

根據三維模型和二維圖紙分析，右夾鉗的毛坯材料為45 號鋼，尺寸為210mm×190mm×190mm。結合零部件數量及結構特征，右夾鉗適合在數控加工中心上完成加工。加工過程中，需要分兩次裝夾完成加工。

結合實訓中心設備類型，選擇德瑪吉DMG50 型五軸立式加工中心為右夾鉗零部件的加工設備。DMG50 型五軸立式加工中心是德國DMG 公司生產的經濟型加工中心，可實現五軸聯動，其運動軸行程可達500mm×450mm×400mm，承重工件可達500kg，主軸轉速范圍為20r/min ～14 000r/min，運動軸最大移動速度可達24m/min，重復定位精度達8μm，刀庫容量為16 把。結合零部件精度要求及結構特征，德瑪吉DMG50型立式加工中心加工性完全能滿足右夾鉗的精度要求。

3.2 右夾鉗工藝工序編制

根據右夾鉗的結構特征及精度要求，其加工需要分兩次裝夾完成，分別命名為正面加工和反面加工，其中帶V型定位槽的一面為正面。

正面主要工序依次為銑平面、粗銑外形160mm×160mm 凸臺、精銑160mm×160mm 凸臺底面和側面、粗銑Ф102×32mm內孔、精銑Ф102×32mm 內孔底面和側面、粗銑Ф50mm 通孔、精銑Ф50mm 通孔、V 型定位槽粗加工、V 型定位槽精加工以及底部清根、正面倒角1mm。所用刀具為Ф3mm ～12mm的立銑刀和球頭刀、45°倒角刀，刀具材質為鎢鋼。反面加工主要工序依次為銑平面、粗銑180mm×180mm 凸臺、精銑180mm×180mm 凸臺側邊、粗銑110mm×110mm 偏心凸臺、精銑110mm×110mm 偏心凸臺底面和側邊、粗銑Ф70mm×30mm內孔、精銑Ф70mm×30mm 內孔底面和側邊、反面倒角1mm。所用刀具為Ф12mm 的立銑刀和45°倒角刀，刀具材質為鎢鋼。具體運動參數和切削參數如表1 所示。

表1 右夾鉗數控加工正面加工工藝參數

4 銑床用多工位夾具關鍵零部件數字化編程

4.1 UG 數字化編程軟件概述

UG 軟件是Unigraphics Solutions 公司開發的CAD 產品，是能提供包括設計、分析和數字化編程等功能的專業應用軟件。該軟件的CAM 模塊包括CAM Base 基礎模塊、Post Processing 后處理模塊、Core & Cavity Milling芯和型腔模塊、Fixes-Axis Milling 固定軸銑模塊、Flow Cut 順銑模塊等基本模塊，構成了UG 強大的CAM 功能。

4.2 左夾鉗數字化編程及后處理

將左夾鉗后綴為.step 格式的文件在UG 軟件中打開，通過參數設置，完成每一步工序的數字化編程。以表1 右夾鉗數控加工工藝工序清單中的反面加工工序1 偏心凸臺粗加工工序為例，其數字化編程步驟如下：設定好毛坯尺寸，確定好毛坯材質，選擇型腔銑類型，外形粗加工；設定主軸轉速參數3 500r/min，進給量F1000，切深參數0.75mm，側邊余量0.2mm，底邊余量0.1mm，選擇直徑為Ф12mm 的鎢鋼刀。參數設定完成后，即可生成刀路軌跡文件。

后處理指將刀具軌跡文件生成數控機床能執行的G 代碼程序的過程。UG 軟件后處理功能強大，能生成滿足多種數控系統加工使用的程序代碼。采用UG 軟件生成刀具路徑文件后，后處理時，先選擇輸出地址，保存后即可生產NC代碼。

5 銑床用多工位夾具關鍵零部件加工實施

5.1 右夾鉗仿真加工

采用UG 軟件生成的NC 代碼，可以在仿真軟件VERICUT中進行仿真驗證。VERICUT 軟件是美國CGTECH 公司開發的數控加工仿真系統，由NC 程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優化路徑模塊、高級機床特征模塊、實體比較模塊和CAD/CAM 接口等功能模塊組成，可仿真數控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設備的數控加工過程，也能優化NC 程序，縮短加工時間、延長刀具壽命、改進表面質量，檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤；具有真實的三維實體顯示效果，并能保存切削模型供檢驗、后續工序切削加工；具有CAD/CAM 接口，能實現與UG.CATIA 及MasterCAM 等軟件的嵌套運行。

5.2 加工程序優化

在VERICUT 軟件中仿真加工后，軟件自動生成日志文件。查看日志文件中Error 提示的G 代碼，根據實際情況分析并修改。修改后的NC 代碼反復在VERICUT 軟件中仿真優化，直到Error 數為0。仿真優化后的NC 代碼程序即可用于真實數控加工中心的加工應用。

6 結束語

夾具是銑床加工工件時不可或缺的使用機構，文章闡述的多工位銑床夾具具有一定的技術優勢，并對多工位銑床夾具關鍵零部件右夾鉗進行工藝分析、UG 軟件數字化編程及后處理、VERICUT 軟件仿真加工及NC 代碼優化，完成產品從CAD 到CAM 的整個工作流程，對同類機電產品開發有一定的參考意義。