茶壺五軸數控加工研究

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摘要：分析了茶壺五軸聯動數控加工的工藝，通過合理設置UGCAM的驅動方法、投影矢量、刀軸控制等參數,以茶壺模型為加工對象給出五軸加工詳細加工方案，使用UGNX10對茶壺進行五軸加工刀路軌跡設計，運用定軸和五軸聯動等方法生成NC程序,通過VERICUT仿真軟件進行仿真加工,驗證程序后再通過實際機床進行加工,因此縮短了加工時間,提高了生產效益,保證了產品質量,有較強的借鑒意義。

關鍵詞：茶壺;后處理;VERICUT;五軸加工

現代智能制造加工的產品結構復雜，精度要求高，傳統的三軸數控銑床很難滿足復雜零件加工的工藝要求，且加工工藝結構復雜，加工時間長，精度要求高，難以保證產品的質量。五軸數控加工的優勢在于，一次裝夾五面加工，刀具避免零線速度加工，保證產品的表面質量，可以使用較短的刀具加工陡峭側壁，對于直紋面可以利用刀具的側刃進行加工，提高了加工的效率，文中茶壺就是通過五軸數控機床進行加工。通過對茶壺定軸的開粗，五軸聯動加工壺內腔，內腔有倒扣，采用了朝向點刀軸控制，刀具的裝刀長度也將受影響，在五軸機床上避免了刀具所受限制，可以改變加工刀軸來避免刀具的伸長量，本例是通過茶壺介紹了五軸數控加工。

1茶壺零件的工藝分析

如圖1所示為茶壺模型圖。該產品直徑為115mm，材料為硬鋁，毛坯外形尺寸為120mm×70mm,該零件模型有底座、壺嘴和手把，壺口有倒扣，需注意加工策略安排，其深度為35mm，過程中應選擇合理的刀具，根據零件的特點，編排加工工藝路線，安排加工工序為定軸粗加工→定軸局部半精加工→定軸曲面精加工→可變輪廓曲面精加工→壺嘴鉆孔加工→五軸刻字加工。

2茶壺五軸數控加工刀路編寫與現場實際加工

2.1毛坯件的裝夾首先在毛坯底部銑床上手動鉆4個M8的工藝孔,其4個工藝孔用內六角螺母固定在夾具上,夾具用T型螺栓固定在工作臺的T型槽上,然后用扳手鎖緊固定住，如圖2所示。2.2加工座標系的確定采用萊鈉克五軸加工系統，其系統帶有刀尖跟隨功能，刀具與工件接觸時，雙轉工作臺擺動，為了保持刀尖與工件始終接觸，機床會自動調整XYZ坐標軸的移動來實現，刀具的刀尖始終與零件接觸擺動。為了方便加工對刀，加工座標系設置在工件頂部中心位置。2.3零件加工工序內容及刀具創建刀具的創建、刀具的選用應從機床、材料的特性、零件產品的復雜結構、加工成本等考慮，在導航工具條“機床視圖”按鈕，分別創建刀具D16平底銑刀，D6平底銑刀，R5、R3球頭銑刀，鉆頭3，雕刻刀0.2。2.4定軸粗加工型腔銑開粗，刀具選用D16三刃平底刀，切削方式為“跟隨部件”，每刀切削深度為1mm，切削參數設置為“順銑，深度優先”，留0.3mm的加工余量。設置進給參數，主軸轉速為“7000”，進給速度為“2800”，如圖3所示。2.5定軸局部半精加工采用型腔銑半精加工，切削方式為“跟隨部件”，刀具選用D6平底刀，每刀切深為0.5mm，參考刀具選擇“D16平底刀”，留0.2mm余量，如圖4所示。2.6壺口內腔精加工可變輪廓銑曲面精加工，刀具選用R5球頭銑刀，驅動方式選擇“曲面”，切削模式選擇“螺旋”，步距數為“150”，投影矢量選擇“刀軸”，刀軸選擇“朝向點”。并輸入朝向點坐標為“0，0，5”。設置進給參數，主軸轉速為“10000”，進給速度為“2000”，如圖5所示。2.7壺外壁精加工固定輪廓銑曲面精加工，刀具選用R3球頭銑刀，驅動方法選擇“區域銑削”，非陡峭切削模式選擇“跟隨周邊”，步距數為“0.07”，刀路方向“向外”，設置進給參數，主軸轉速為“10000”，進給速度為“2500”，如圖5所示。2.8鉆孔加工選擇鉆孔加工，刀具選用ZT3鉆頭，指定壺嘴孔，刀軸“指定矢量”，循環類型為“標準鉆，深孔”設置切削深度為45mm。設置進給參數，主軸轉速為“1100”，進給速度為“100”，如圖7所示。2.9刻字文字是通過UG命令［纏繞與展開］選項，在圓錐曲面做纏繞文字，三軸數銑機床在一整圈圓錐面上刻字加工很難完成，采用五軸聯動機床加工簡單方便，可變輪廓銑加工，刀具選用雕刻刀0.2，驅動方法選擇“曲線/點”，刀軸選擇“遠離直線”。部件余量設置“-0.08”。

3加工仿真

茶壺后處理出來的程序通過軟件Vericut7.3對NC代碼進行仿真模擬，Vericut通過機床配置與實際機床1：1的配置，通過驗證NC代碼、刀具軌跡仿真、模型比對，可以有效地檢查出過切、干涉、碰撞等錯誤軌跡。該軟件還可以優化刀具路徑、改進表面質量、延長刀具壽命、提前預知NC程序是否安全可靠，文中加工仿真正是利用了這一特性，實現了NC代碼驗證加工。

4結語

五軸聯動加工技術廣泛應用于復雜結構曲面加工,針對茶壺的特點，對茶壺零件進行了合理的加工工序編排，采用了帶RTCP刀尖跟隨功能萊鈉克系統的五軸聯動機床，制定了合理的加工路線，選擇鎖零件工藝孔裝夾，保證了零件在安全距離加工，防止刀頭與轉臺的碰撞干涉，保證了產品的質量，提高了生產效率。該茶壺模型加工充分地展示了五軸機床加工的優點。通過模擬VERICUT仿真軟件，有效地模擬了刀具路徑軌跡，為后續在五軸機床上的實際加工優化了切削參數與走刀路徑，有效地提高了生產率和保證零件的加工質量。

作者:廖曉明 呂輝 單位:河源職業技術學院