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2024年1月23日发(作者：xml能转png吗)
基于UG软件编程人头像的数控加工方法
摘要：基于UG编程，针对人头像工艺品的加工工艺进行分析，制定了合理的加工可行性方案,利用UG 实现了高效、优质的多轴数控编程，并通过仿真后处理转化为可加工的程序代码，最后再通过仿真软件进行更真实G代码的加工仿真，并在多轴联动机床上进行了试加工，验证了该技术方案的可行性。
关键词:人头像;UG编程;刀具轨迹优化;后置处理
随着现代社会工业制造水平的提高,复杂的金属工艺品也是从纯手工到机器生产,很多的工艺品现在都是通过数控机床来实现。现在的数控机床由原来的3轴到5轴数控机床的广泛使用。针对复杂的零件,以往通常的做法是通过多次装夹在3轴机床上加工获得，这样一来多次装夹的定位误差很难保证加工的质量，而且效率很低。所以现在利用多轴数控机床多轴联动的加工特点,只需一次装夹,便可完成多工位加工，减免了专用工装夹具和专用加工设备的使用，显著减少了制造的辅助时间,确保复杂零件的完整性,提高了加工精度和制造效率，保证加工质量。
本文以人头像加工为例，利用UG强大建模功能，丰富的NC加工刀具路径生成策略，能自动生成多轴联动粗加工和精加工路径等等。还可进行刀路的模拟仿真。以下从加工工艺、UG编程、后处理等方面进行分析。
图1 人像模型
1加工工艺分析
1.1产品零件分析
人头像尺寸总高为110mm,双肩下面的圆柱台的直径尺寸为70mm,人头像曲面设计复杂，属于典型的多轴数控加工案例产品，在加工时应充分考虑人像模型的结构特点,进行合理的工艺分析及加工刀路的设置,以保证零件表面光洁度及尺寸精度,同时采用优化的NC程序提高零件的加工质量,缩短现场加工时间,提高了设备利用率。根据产品分析，本次采用4轴数控机床加工，安装夹具是回转工作台上的三爪卡盘,毛坯材质为圆铝棒，规格为φ80x110mm。
1.2加工方案确定
人头像的加工分粗加工，半精加工和精加工，具体加工方案如下：
方案一,头像粗加工，采用UG的3轴加工策略，在四轴的机床上加工，头像正面，反面都采用型腔铣加工去除大部分余量；接着用四轴旋转半精加工和精加工。
方案二,头像在四轴的机床上整体粗加工，采用四轴（A轴）旋转加工策略进行半精加工和精加工。
多轴机床的X.Y.Z轴刚性好，A、B、C旋转轴的刚性较差，通常X.Y.Z轴为主进给运动,旋转轴的运动为辅助运动,采用3轴主运动加工效率高，而旋转轴速度不高，加工效率低。基于以上考虑本例使用方案一加工策略比较好。总体加工思路为:头像反、正面粗加工(型腔铣粗加工策略)→头像整体半精加工(旋转精加工策略)→头像精加工(旋转精加工策略)。切削参数如图3所示。
序号
工序
刀具
余量
mm
切削进给率
mm/min
主轴转速
转/min
1人头像背面D12端铣刀
0.35
3000
8000
粗加工
2人头像正面D12端铣刀
0.35
3000
8000
粗加工
3人头像半精R4球刀
0.15
2500
8000
加工
4人头像半精R3球刀
0.15
2500
8000
加工
5工
人头像精加R2球刀
0
1000
8000
图3切削参数设置
2加工准备-UG编程
2.1创建加工坐标系
在UG系统中创建加工坐标系时，将模型的圆柱轴线与机床的X轴平行。先建立一个工作坐标系，再将加工坐标系建立在工作坐标系上，方便操作。如图4所示。
图4坐标系的设置
2.2创建刀具
根据人头像的模型分析，确定所需要的刀具。经过分析，粗加工采用D12平铣刀正反两面加工。再用D8R4球铣刀粗加工整体轮廓，同样的道理，选择8mm刀具刚性好去除多的余量。接着用采用D6R3的球铣刀半精加工，最后用D4R2的球铣刀精加工。设置刀具参数如下，特别注意刀库中的D12平铣刀编号为1，在程序代码为T01表示1号刀，以此设置其他几把刀具。
刀刀下度
长刀刃长度
具编号
具直径
半径
1
12
0
65
40
2
8
4
50
30
3
6
3
40
20
4
4
2
40
15
图5 刀具参数设置
2.3采用型腔铣加工人头像的反面
左键单击创建工序→选择轮廓铣→选择型腔铣命令，设置如下：1.型腔铣对话框中选择几何体，在里面指定毛坯和部件。2.选择刀具D12的平铣刀；3.设置刀轴的方向，设置为垂直于人像反面的y轴，4.切削模式选择跟随周边；5.设定切削层深度，将其设定到工作坐标系零点，且每刀切削深度0.6mm。6.切削参数的设置，加工策略选择顺铣，深度优先，刀路方向为向内，选择壁中的岛清根，余量设置0.35mm；7.非切削移动的设置，进刀设置斜坡角度3°，起到点设置在毛坯料以外；8.进给率和转速设置，转速8000，进给速度3000，并设置进刀切削50%，点击计算，获得参数设置。9.点击生成刀具轨迹，如图6。
图6 人头像的反面加工刀具轨迹
2.4采用型腔铣加工人头像的正面
复制前面型腔铣反面的程序，参数设置跟前面一样，最后生成刀具轨迹如图7所示。
图7 人头像正面加工刀具轨迹
2.5采用可变轮廓铣设置半精加工刀具轨迹
左键单击创建工序→选择多轴铣类型→选择可变轮廓铣命令，设置如下：1.几何体对话框中指定部件为人头像；2.驱动方法中选择曲面区域，如图9，这个曲面是确定刀轴的矢量方向的，提前在建模里面将曲面建立好，指定切削方向和材料方，驱动设置里面将切削模式改为螺旋，步距数设置100；3.投影矢量选择垂直于驱动体；4.设置刀具，选择D8R4的球铣刀；5.刀轴选择相对于驱动体；6.切削参数的设置，余量设置0.15mm，其它默认设置；7.进给率和转速设置，转速8000，进给速度1500，并设置进刀切削50%，点击计算，获得参数设置。8.点击生成刀具轨迹并确认刀具轨迹。同样的复制上面的半精加工程序，将刀具选择D6R3的球铣刀加工。
2.6采用可变轮廓铣设置精加工刀具轨迹
重复4.5中(2)步骤,选择刀具规格为φ4R2mm的球头刀具，加工余量设置为“0"，最后点击生成刀具轨迹并确认刀具轨迹。
图10 精加工刀具轨迹
2.7后处理生成 NC程序
后处理生成的粗、精加工的NC程序，这个程序要导入进机床的G代码程序，针对不同的机床，需要选择符合机床的后处理器文件去生成NC程序，这里选择华中数控系统的后处理器文件输出的的NC代码。如下是R3球刀半精加工程序段部分代码：
%0123
G49 G90 G54
G05.1Q2
M141
M146
G91 G28 Z0.0
T03 M06
M01
G01 G90 X0.0 F3000.
Y150.
A0.0 C0.0
G43.4 H03
X69.477 Y34.466 Z-5.459 A99. C180. F2500. S6000 M03 M08
X69.477 Y34.62 Z-4.374 A97.2 C180.
3结束语
现在多轴数控加工系统是当今数控加工的一个研究方向，本文利用UG软件强大的多轴加工功能，选用3轴固定的粗加工策略与4轴联动的精加工策略综合应用,提高了加工效率。生成刀具路径后利用人性化的刀具路径编辑工具,对刀路进行编辑并转为NC程序,最后可在4轴联动机床上进行加工。
参考文献：
（1）寇文化.数控铣多轴加工工艺与编程》[M].北京:化学工业出版社,2015.
（2）吴明友.UG NX6.0中文版数控编程[M].北京:化学工业出版社,2010:1
（3）沈自林,沈庆云，傅贵武.基于UG的风扇叶轮加工技术研究[J].机械工程师,2008,(1) :25 -26
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