基于UG的精密凹槽零件数控加工

0 引言

    数控加工中经常遇到一些精密凹槽零件，凹槽类零件的加工较开放区域的加工困难，切削加工时刀具容易扎刀，工件的质量也难保证。针对凹槽零件的这种加工特点，国外研究机构和企业主要是采用高速铣减少切削力的方法来防止刀具损坏和保证加工零件的表面粗糙度，这种采用高速铣的方法近年来也在国内也逐步采用，但采用这种方法对机床和整个的工艺系统要求较高，造成零件的生产成本也较高。本文利用NX软件从数控加工的下刀方式、加工路线设计和切削用量设置等方面着手，研究了在普通工艺范围内精密凹槽类零件的数控加工，较好的解决了精密凹槽类零件数控加工的难题，为工程中同类零件的加工提供了一定的参考价值。

1 凹槽零件CAD建模

    某凹槽零件材料为45号钢，按照小批量的生产要求编程，零件图见图1所示。

图1 凹槽零件二维零件图

    NX软件的CAD功能强大，可以进行复杂的三维造型和曲面设计。在本实例中利用NX的草图工具绘出凹槽零件的基本草图，然后再通过拉伸、镜像、倒斜角、孔特征、边倒网和布尔运算等命令，完成凹槽零件的三维实体造型，如图2所示。

图2 凹槽零件三维实体造型

2 凹槽零件数控加工设计

    2.1 加工工艺分析

    从图1和图2可以看出该零件有外形、孔、槽和曲面四个加工要素。其中外形的加工条件较好，最小凹圆角为8mm，因此可以选用较大直径的立铣刀来加工。两个孔直径为12mm且为通孔，切削加工性也较好。第一层轮廓上的边倒网和倒斜角属于曲面的加工范畴，在加工时主要考虑的是刀具和工件的干涉问题，防止过切的产生。中间的三个槽形状复杂、尺寸紧凑，切削加工条件不好，是这个零件加工的难点。根据以上分析对凹槽零件的数控加工工艺设计如表1所示。

表1 凹槽零件加工工艺设计

    2.2 第一次粗加工

    在这一个阶段应能大量去除毛坯的材料，为精加工做好准备。为此应尽量选择大的刀具直径、大的切深、较快的进给速度，以及相适应的主轴转速。在本例中凹槽零件外轮廓最小的凹圆角为R8mm，为了能尽可能多的把粗加工余量切除掉，刀具直径的选择要小于16mm，在这里选择φ15mm的立铣刀作为第一次粗加工的刀具。切削用量如表1所示，加工类型为型腔铣(Cavity mill)，选择整个部件为切削加工区域。切削模式为跟随部件，步距为刀具直径的70%，由于刀具直径大于零件顶面上的槽和孔的最大尺寸，因此在这次加工中，φ15mm的立铣刀不涉及槽和孔的加工，切削全在开放区域进行。第一次粗加工刀具路径如图3所示。