1、青岛 徐斯朝 UgCAM 在模具型腔零件加工中的应用徐斯朝（青岛滨海学院机电系）摘要：本文以一个模具型腔零件加工的教学实践实例，介绍了 UG 软件 CAM 模块在模具加工中的应用。研究解决了一些加工方法和刀具选择的问题。对于 UG NX CAM 的教学和实践具有借鉴意义。关键词：型腔铣，清根，等高轮廓，刀轨1 引言Unigraphics(简称 UG)是目前世界上应用最普遍、最富竞争力的 CAD/CAE/CAM 精密集成的高端软件之一，在制造业的各个领域，如航空航天、汽车、模具和精密机械等有着日益广泛的应用，已成为这些行业中不可缺少的加工手段。UG 软件的功能非常强大，其所包含的模块也非常之多，
2、涉及到工业设计与制造的各个层面。UG 的加工模块-UG NX CAM 系统拥有强大的加工能力，是 UG 软件最重要的模块之一。UG 的加工功能是由多个加工模块所组成，其中，型芯和型腔铣模块提供了粗加工单个和多个型腔的功能，可沿任意形状走刀，产生复杂的刀具路径。当检测到异常的切削区域时，它可修改刀具路径，或者在规定的公差范围内加工出型芯或型腔。固定轴铣与变轴铣模块用于对表面轮廓进行精加工。它们提供了多种驱动方法和走刀方式，可根据零件表面轮廓选择切削路径和切削方法。本文根据多年来作者在职教领域 CAD/CAM 的教学实践，总结出一些适用于教学的 UG NX CAM 加工经验。下文就 UGCAM 在
3、模具型腔零件中的加工经验及技巧作一简短介绍。2 零件分析如图 1 所示为一模具型腔零件，该零件为一空腔类部件，可按照粗加工-清根加工-半精加工-半精清根-精加工的加工顺序进行加工。图 1 模具型腔零件 图 2 选择型腔铣3 加工步骤3.1 型腔铣粗加工如图 1 所示为为一空腔类部件，零件内部有较多的料需要去除，所以第一道工序需要用型腔铣开粗。型腔铣加工用于快速去除以 3D 加工为主的部件毛坯。适用于选择型腔铣非直壁的、岛屿的顶面和槽腔的地面为平面零件的加工。其加工特点为：切削量大、效率高、性能稳定，但对刀具的要求较高，磨损程度较大。型腔铣加工在数控加工应用中要占到超过一半的比例。由于开粗面积较
4、大，一般选用硬质合金镶齿类刀具。镶齿刀具刀片可换，加工成本较低，而且刀头面积较大，对于大面积去粗，效率较高。但镶齿刀具一般切削韧不过刀具中心，活动范围一定要大于 1.5 倍刀径才是安全的。因此要尽量避免加工局部较小较深的凹槽。本案例形状比较开放，不存在这个问题。本例部件宽度为 84mm,选用26R0.8 环形刀开粗，约为部件宽度 1/3，侧壁余量、底部余量均为 0.3mm，步进刀具直径百分比 30。由于必须从内部进刀，故进刀方式采用与水平成 30 度夹角斜向进刀，可以改善进刀时刀具的受力状况。其加工方法的选择如图 2 所示。型腔铣操作主界面参数如图 3 所示。型腔铣粗加工仿真刀轨如图 4 所示
5、。图 3 型腔铣操作主界面 图 4 型腔铣粗加工仿真刀轨3.2 型腔铣清根型腔铣粗加工以后，留下部分毛坯余料。综合考虑精加工刀具的大小，清根量的大小及刀具强度，采用整体刀10R0.5 清根。仍然选用型腔铣参考刀具清根方式，参考工具直径26R0，余量和去粗时相同。具体操作方法是，复制上步型腔铣加工，在型腔铣主界面选择切削，如图 5 所示。图 5 型腔铣主界面图 6 切削参数在打开的切削参数中选择包容，如图 6 所示。在参考工具栏单击选择，在打开的选择参考刀具对话框选择上步操作所用刀具（如图 7 所示） 。本步操作将参考上步的刀具自动完成清根操作，去除剩余毛坯余料。型腔铣粗加工仿真刀轨如图 8 所
6、示。图 7 选择参考刀具 图 8 型腔铣粗加工仿真刀轨3.3 半精加工根据零件的具体情况，需要等高轮廓铣和固定轴铣两步完成半精加工。（1）等高轮廓铣。首先采用等高轮廓铣加工，如图 9 所示，用于去除以陡峭面为主的部件毛坯，如模具型芯壁和型腔壁。其加工原理为：先设置切削工件和毛坯，在参考工具栏单击选择接着设置切削层和切削参数，即可计算出切削刀路；其加工特点为：切削量小，性能稳定，并能得到一定的切削精度。加工时，零件侧壁的加工余量和底部加工余量都设为 0.1mm。等高轮廓铣主界面参数如图 9 所示。图 8 选择等高轮廓铣 图 9 高轮廓铣主界面参数进刀/退刀的传递方式，选择直接对部件，效率较高。半
7、精加工要求加工完成后余量较小，且比较均匀。采用比粗清根略大的刀具进行半精加工，这样是相对安全的。因此选用12R0.5 刀。加工刀轨如图 10 所示。图 10 等高轮廓铣加工刀轨 图 11 固定轴区域铣（2）固定轴区域铣。如图 11 所示。选用12R0.5 刀进行等高轮廓铣的半精加工，侧壁较陡峭区域效果较理想，但中部过于平缓，半精加工过后不足以去除层铣粗加工留下的台阶状余量，对精加工是不利的。因此需要补充一个插铣（固定轴区域铣）的加工步骤。固定轴铣加工用于去除以曲面精加工为主的部件毛坯，如模具型芯和型腔曲面等。其加工特点为：切削量小，切削效率较低，性能稳定并达到工艺精度要求。本步操作采用和等高轮
8、廓铣同一把刀，进行固定轴区域铣削。设置加工余量同样为 0.1mm，加工步距为 1mm。沿斜面斜度方向插铣，加工过后，斜面上余量已经较为均匀了。如图 12 所示为固定轴区域铣加工刀轨。图 12 固定轴区域铣加工刀轨 图 13 型腔铣半精清根主界面3.4 型腔铣半精清根由于部件根部都为 R10 的圆弧，本步操作必须采用球刀才能加工到位，上步采用12R0.5 半精加工过后根部余量还是比较大的，因此本步采用12 球刀进一步加工清根。注意，球刀清根是比较危险的，由于球刀切削韧都在球面上，受力较大，容易发生颤刀过切，因此只能较小面积的去粗，尽可能少。步进刀具直径百分比设置为 30左右。为安全起见，余量与粗
9、加工相同。型腔铣主界面参数如图 13 所示。加工刀轨如图 14 所示。图 14 型腔铣半精清根加工刀轨 3.5 固定轴区域铣精加工。1. 精加工采用固定轴区域铣，其主界面参数如图 15 所示。图 15 固定轴区域铣精加工主界面 采用12 球刀精加工。为使工件各部分加工效果尽可能统一，并满足加工质量要求，又希望采用较简单操作创建加工程序，采用固定轴区域铣削中的放射状加工方式。如图 16所示。图 16 固定轴区域铣驱动方式参数 图 17 精加工刀轨制定工件中心为图样中心，步距 0.25MM，可生成较理想加工刀路。精加刀轨如图17 所示。2. 固定轴区域铣精加工的具体设置参数如下:(1)设置区域铣削
10、驱动方式参数。（a） 选择切削路径方式。选择“图样”为“径向线”;切削类型为“双向” ；“图样中心”为“指定”;(b)确定切削步距。设置步进方向为“向内“；将步进方式选为“恒定的” ；步进距离为“0.25” ；（2）设置切削参数。设置切入公差和切出公差为 0.01；“部件余量”为 0；“部件余量”偏置为 0；不使用多重深度切削；“工件安全间距”为 1.0；“检查安全距离”为 0.4；“检查余量”为 0；“当干涉时”选“退刀” ；边界内公差与外公差均为 0.01；激活“移出边缘跟踪” 。切削参数如图 18 所示。图 18 切削参数（3）设置非切削参数。指定工况为“默认的” ；选择逼近选项图标“
11、”，设置逼近状态为“间隙” ，设置方向为“刀轴”方向，非切削参数如图 19 所示；选择分离选项图标“ ”，设置分离状态为“间隙” ，设置方向为“刀轴”方向。（4）设置进给参数。所有进给的单位均为“毫米/分钟” ；设置进刀速度为 300；剪切速度为 1200；其他进给按默认值。进给参数如图 20 所示。图 19 非切削参数 图 20 进给参数4 小结本人通过 UG 软件的教学和加工实践，体会到只有通过数控加工实践，才能掌握数控加工编程的技巧，提高 UG NX CAM 的教学水平。同时也体会到 UG 软件强大的加工编程能力。如何在高职教育中让学生尽快掌握数控加工编程能力，是摆在我们职教工作者面前的一个重要课题。参考文献：1. 单岩，王卫兵。实用数控编程技术与应用实例。北京：机械工业出版社，20032. 王庆林，李敏丽，韦纪祥。UG 铣制造过程使用指导。北京：清华大学出版社，20023. 王卫兵。UG NX 数控编程使用教程。北京：清华大学出版社，2006
