浅谈UG在高速加工编程中的应用

青华小欢

摘 要：高速加工(HSM)具有许多优点，被广泛应用在航空产品的数控加工中。但是使用高速加工技术，不仅要有适合高速加工的设备，选择适合进行高速加工的刀具，更为重要的是选择合理的编程策略。任何编程策略的不合理都会造成严重的后果。所以数控编程一直是高速加工的重点和难点。以ug软件为研究对象，作者提出了实现高速加工的数控编程的策略，并使用高速铣雕设备对生成的 NG代码进行了加工，加工结果验证了NG代码是正确的、合理的。说明了采用合理的加工策略，使用 UG软件可以实现高速加工的编程。

高速加工按其加工目的可以分为两类：一类是以实现单位时间内最大材料去除量为目的的高速加工；另一类是以实现高质量加工表面与精细结构为目的的高速加工⋯。高速加工的基本出发点是在高速低负荷下切削，比低速高负荷切削更快切除材料。低负荷切削意味可以减轻切削力，从而减少切削过程的振动和变形。在高速的状态使用合适刀具，可以切削高硬质的材料。高速切削可以借助切削热带走大部分切屑，以减少零件的热变形。当今随着高速加工技术的成熟以及满足高速切削的刀具技术的进步，对 CAD／CAM系统的要求越来越高。因为任何编程过程的失误如过切、干扰、碰撞等都会造成非常严重的事故，给企业造成不可估量的损失。UNIGRAPH．ICS(以下简称 UG)软件提供了丰富的高速加工策略，可以满足高速加工对 CAD／CAM系统 的要求。

1 uG的 CAD技术在高速加工中的应用

人们普遍认为 CAD模型只用于进行零件几何模型的设计，实现高速加工只是 CAM系统的责任。其实是忽略了这样一个事实：如果建立零件模型的公差比最终的零件加工误差还要大，那就不可能体现出高速加工的优点了。UG的 CAD模块的曲面建模可以进行高阶曲面的设计，能够满足高精度的加工要求 J。对于从其它 CAD系统读取来的模型由于交换格式和标准的问题，会存在模型不完整的情况，这对高速加工影响非常大。UG提供了直接建模和面编辑的功能，可以对这些模型进行几何修补，完善模型的几何形状和拓扑关系。对于不希望进行铣削加工的特征，在使用 UG进行建模时可以删除这些特征或者加入额外曲面来覆盖。例如，大部分零件有许多孔，可以直接将之钻出。如果供加工使用的 CAD模 型包含这些特征，UG的 CAM系统将会尝试加工这些特征，如果不加以处理，实际加工时刀具必定切人孔或尖角，产生不良后果。

2 uG的CAM技术在高速加工中的应用

使用 UG进行高速加工编程一般 可分为：以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工、清根加工等。高速加工使用小的刀具，以非常高的主轴转速和进给速度进行加工，所以必须使用非常小的切削量，进行编程加工时应采用浅的切削深度和窄的切削宽度 J。高速加工 的刀具轨迹不允许存在尖锐的拐角，以避免走刀方向的突然改变导致局部过切引起刀具和机床的损坏，保持刀具轨迹的平稳，防止突然的加速。下面对各加工阶段的高速加工策略进行论述。

2．1 粗加工

UG的型腔铣可以提供丰富的粗加工方案，为了实现高速粗加工，应该采取一定的加工策略。

(1)使用轻且恒定的切削负荷，即使用较小的步距和小的切削深度 (一 般为刀具直径的10％)。

(2)采用偏置切削方式，而不是使用传统的平行切削方式。如图 1、图2所示。

(3)采用圆滑的拐角过渡方式减少切削方向的突然变化。如图 3、图 4所示。

(4)编程时避免使用直接下刀，应采用螺旋下刀或倾斜下刀方式，进退刀采用圆弧方式。如图 5、图 6所示。

(5)在拐角处使用进给率补偿，使刀具在直径方向上的进给率保持一致。

(6)采用顺铣，并保持切削顺序的一致性。

(7)采用摆线切削方式，如图 7所示。摆线加工是利用刀具沿一个滚动的圆的运动来逐次、逐层对零件表面进行高速、高效、小切量的切削。以前对高速加工的要求是，必须保证使用比传统加工方法小的行距和下刀步距。最新切削刀具技术和 CAM技术的发展 ，使得下刀步距大小不再受到限制，采用摆线加工方式可以在高速加工中采取大下刀步距，摆线加工还能减少全刀宽切削，并且其产生的刀具路径始终是光滑、平稳的。

2．2 残留粗加工

残留粗加工是 UG／CAM技术所拥有 的一个高级加工功能 J，UG能 自动识别上一个刀具轨迹不能加工的残留量，对零件进一步进行残留粗tn-v。进行粗加工时由于结构的原因，可能产生刀具不能切削狭小区域或拐角的情况，这样会导致余量不均匀和后续刀具轨迹出现空走刀的问题。使用 UG的残留粗加工可 以得到均匀的余量以满足高速加工材料切除率均匀和减少空程移动的要求。

2．3 精加工

使用 UG进行高速精加工，除 了要注意圆滑拐角过渡、圆弧进退刀加工策略外，还应该采用以下加工策略。要把曲面分为陡峭面和非陡峭面进行精加工，以保证残留量高度的恒定。陡峭面用陡峭等高轮廓铣(Z—LEVEL—PROFILE—STEPP)进行加工，切削参数中的层间连接方式使用 Stagger RamponPart方式，这种层间连接方式在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，没有等高层之间的刀路移动，避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响。

2．4 干涉检查和后处理

在高速加工状态下，完全避免过切和刀具夹持碰撞检查非常重要，因为任何这样的损坏都将更加严重。在使用 UG进行编程过程 中，要用加工时的实际刀具长度，刀柄尺寸进行干涉检查，系统可以根据你的设置快速检查刀具、刀柄、夹具是否干涉。UG提供精确的刀具、刀柄、夹具的干涉检查，自动截掉发生碰撞的刀具路径与指令。现在，新型的数控机床的控制系统具有NURBS插补功能，从而允许用一系列曲线运动而不是大量的短的直线运动来进行精加工。UG可以进行生成 NURBS曲线插补的后处理。得到的NC代码更适合高速加工。

3 结论

采用上述的编程策略对某机种机翼进行高速加工的数控编程，使用生成的 NC代码在 高速铣雕设备进行加工，加工结果验证了 NC代码 的正确性和合理性。高速加工具有很多优点，但高速加工并不是简单地使用现有刀具路径，通过提高主轴转速和进给率就能实现的。如果使用了不适当的加工策略，轻则会导致刀具寿命的降低，重则可能导致更加可怕的结果。文章通过以上的论述，说明了采用合理的加工策略，使用 UG软件可以实现高速加工的编程。