基于UG的復雜零件計算機輔助五軸加工工藝策略研究

鐘 健

(廣西機電職業技術學院，廣西 南寧 530007)

0 引言

復雜零件的五軸加工就是比較高端和難加工的，之所以難是因為零件特征特別復雜，由于加工輪廓、表面特征和空間等條件限制，加工刀軸朝向要發生變化，所以要用五軸加工，而五軸加工并非一般的數控加工那么相對容易，能熟練玩轉五軸必然是數控加工技術的塔尖人物。之所以為高端，一臺五軸加工中心少則也得200多萬，相應的配套也都價格不菲。現在就以花鼓零件加工為案例，從零件工藝分析，加工工藝流程，工藝基準，定位工裝準備，工序步驟、刀路優化設計及參數設定等詳細闡述。

1 工藝過程

如下圖1所示花鼓零件[1]材質為AL(6061)-T6，根據其內外形結構特征，首先第一步，在數控車床上，加工出如圖2所示的工序圖毛坯零件，內孔尺寸和兩端外圓表面直接加工到技術要求，在這里不再展開數控車加工過程。第二步，設計在五軸加工的工裝如圖4所示。(1)按要求加工好工裝工藝底座如圖3所示，其作用是通過工藝底座將花鼓零件連接固定在五軸工作臺上；(2)按要求加工好五軸工裝芯軸如圖4所示，其作用是將花鼓零件軸向拉緊在工藝底座防止切削過程中松動。另外由于花鼓零件材質為AL(6061)-T6，為了避免夾變形花鼓零件，所以芯軸材料采用PC材料制作。(3)用三軸機床在花鼓零件小端加工好10個孔，其中2個為定位銷孔，8個為M6工藝螺紋連接孔。

圖1 花鼓零件3D圖

圖2 花鼓毛坯零件及工序圖

圖3 花鼓毛坯零件工裝底座圖

第三步，把零件即工裝安裝到五軸工作臺上，見圖4所示。

圖4 五軸工裝示意圖

第四步，加工用Ф12銑刀，型腔銑[2]五腳輪廓開粗，主軸轉速1500rpm，進給量2500mm/min，平面銑半精銑五腳輪廓，主軸轉速3500rpm，進給量1000mm/min；平面銑精銑五腳輪廓，主軸轉速4000rpm，進給量600mm/min。

第五步，加工用Ф10銑刀，用型腔銑方式開粗小端五面外輪廓，另外4平面，用復制旋轉加工開粗，銑半精銑五腳輪廓，平面銑精銑五腳輪廓。

第六步，加工用Ф10銑刀，用型腔銑方式開粗九角面外輪廓，另外4平面，用復制旋轉加工開粗所示，主軸轉速4000rpm，進給量2500mm/min。

第七步，加工用Ф10銑刀，用型腔銑方式開粗小端九角面外輪廓，另外4處，用復制旋轉加工開粗，補刀開粗交接處，主軸轉速4000rpm，進給量2500mm/min。

第八步，加工用Ф10銑刀，用型腔銑方式開粗大端九角面外輪廓，另外8角，用復制旋轉加工開粗，主軸轉速4000rpm，進給量2500mm/min。

第九步，用R3球刀，用可變輪廓方式，粗、半精、精加工小端五面體與九角面外輪廓交線主軸轉速6000rpm，進給量2500mm/min。

第十步，用R3球刀，用可變輪廓方式，半精、精加工小端五面體與兩端九角面外輪廓表面，主軸轉速6000rpm，進給量2500mm/min。

第十一步，先用中心鉆打定位孔，主軸轉速2000rpm，進給量50mm/min；再用Ф3銑刀銑M6螺紋底孔到Ф5[3]，再用倒角刀對每個孔倒C1，主軸轉速4000rpm，進給量60mm/min；最后攻絲M6，主軸轉速200rpm，進給量187.5mm/min。

第十二步，先用中心鉆打定位孔，主軸轉速2000rpm，進給量50mm/min；再用Ф4銑刀銑M8螺紋底孔到Ф6.7，再用倒角刀對每個孔倒C1，主軸轉速4000rpm，進給量60mm/min；最后攻絲M8，主軸轉速200rpm，進給量25mm/min。

2 結語

第一，這個花鼓零件是個車銑復合的復雜零件如圖5所示，從工藝上合理性要求，要先把花鼓零件，能用車削方法完成的特征盡可能加工完，這是因為車削加工效率和加工成本要比在其它多軸機床加工具有明顯優勢。

圖5 已加工花鼓零件示意圖

第二，工裝夾具問題，不管是用四軸還是五軸機床加工都要上芯軸夾具，如果用軸加工得用一夾一頂的裝夾方法加工，但是加工到大端五腳的時候，由于加工切除落差比較大，需要較長的銑刀來完成，這意味著不能大刀重切，明顯影響加工效率，耗時增加加工成本增大，不具競爭優勢。本案例采用底座和花鼓零件的小端內孔和端面兩個定位銷定位，端頭八個螺釘連接固定，再加芯軸拉緊增加系統剛性，再通過底盤的四個螺栓固定在五軸的工作臺上，如圖4所示五軸工裝示意圖，就很好地避免了四軸加工諸多的問題和不足[4]。

第三，利用Ug，NX11.0CAD/CAM的強大優勢功能，完成建模和各種加工模式。特別是產品造型和輔助制造都很好的功能優勢，深得從業者的厚愛。從本案例花鼓零件的多面多孔的加工中，Ug五軸編程加工效率，優勢更勝一籌，充分展示五軸機床與UgCAD/CAM設計與制造的高度融合，加工出來的產品零件質量無可挑剔，更具競爭優勢。

總而言之，本案例對于初學者和從業者有著非常重要的推廣意義和較大的實用價值。