楊 義，鄭龍偉

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036)

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基于UG NX的煙灰缸設(shè)計(jì)與加工模擬研究

楊 義，鄭龍偉

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036)

煙灰缸屬于型腔類(lèi)零件曲面復(fù)雜，常規(guī)的設(shè)計(jì)與加工效率低，在UG NX的建模和加工模塊下對(duì)零件的三維輔助設(shè)計(jì)和三維輔助制造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)型腔類(lèi)零件的數(shù)控仿真加工，最后生成的數(shù)控加工代碼在經(jīng)過(guò)少量修改后可輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)零件的加工，極大地減少了手工編程需要的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。在對(duì)零件模擬加工時(shí)，能及時(shí)觀(guān)察出操作上的問(wèn)題并及時(shí)解決，避免了在實(shí)際加工時(shí)的錯(cuò)誤.

型腔；UG NX；數(shù)控加工；刀軌路徑

煙灰缸誕生之初是為了環(huán)境衛(wèi)生的考慮。但是時(shí)下，煙灰缸的設(shè)計(jì)已經(jīng)成了時(shí)尚的代名詞，以往守舊的煙灰缸永遠(yuǎn)不變的款式已經(jīng)逐漸被厭棄和淘汰，取而代之的是新款設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約、美觀(guān)、實(shí)用的煙灰缸。煙灰缸的材質(zhì)多樣，常見(jiàn)的有玻璃材質(zhì)的煙灰缸、水晶煙灰缸、金屬材質(zhì)的煙灰缸，以及現(xiàn)在也有塑料的煙灰缸。不同材質(zhì)的煙灰缸可以設(shè)計(jì)出異樣韻味煙灰缸，煙灰缸除了具備實(shí)用功能之外，還是一種藝術(shù)品，具有一定藝術(shù)欣賞價(jià)值(見(jiàn)圖1)。除了傳統(tǒng)型的煙灰缸，很多煙灰缸的設(shè)計(jì)還能幫你改掉一些不良習(xí)慣。[1]煙灰缸的加工屬于型腔輪廓加工。一般成形輪廓加工方法有仿形火焰切割、數(shù)控線(xiàn)切割、專(zhuān)用仿形銑床銑削加工、數(shù)控銑等?；鹧媲懈罴庸ぞ鹊停瑪?shù)控線(xiàn)切割和數(shù)控銑成本較高。常規(guī)的加工方法主要是通過(guò)成形刀具加工型腔類(lèi)零件或者靠模方法來(lái)加工。這類(lèi)零件本身具有許多腔體結(jié)構(gòu)，并且對(duì)軌跡曲線(xiàn)的要求較高，對(duì)成形刀具、靠模的要求較高，零件的各項(xiàng)要求等很難達(dá)到預(yù)期的效果。過(guò)去，模具設(shè)計(jì)的合理與否以及制品是否有缺陷只有試模后才能知道，使得模具的制造成本不僅高、而且周期也長(zhǎng)。在現(xiàn)代塑料模具設(shè)計(jì)與制造中，采用CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)，極大地提高了塑料模具設(shè)計(jì)、制造的水平和塑件制品的質(zhì)量。[2]于是，復(fù)雜曲面的零件加工的主要方法為數(shù)控機(jī)床上的編程加工。UG NX 是一款具有優(yōu)良性能、集成度高的CAD/CAM/CAE應(yīng)用軟件，功能涵蓋產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程，包括外觀(guān)造型設(shè)計(jì)、建模、裝配、模擬分析、制造加工等。[3]可以利用UG的建模模塊和加工模塊模擬型腔類(lèi)零件的數(shù)控銑削過(guò)程，并將最后的處理文件(數(shù)控編程代碼)輸出，經(jīng)過(guò)一定的修正后便可以直接在數(shù)控機(jī)床上對(duì)該零件進(jìn)行加工。

1 UG的建模

首先對(duì)煙灰缸的3D造型的構(gòu)建步驟分為[4]：由輪廓到局部，完成細(xì)節(jié)，檢查結(jié)果，修改錯(cuò)誤，定型。即：分別創(chuàng)建各個(gè)草圖→選擇一個(gè)坐標(biāo)為基準(zhǔn)平面→繪制矩形→繪制其他的部分→完成草圖→沿某正方向拉伸→布爾求差得到, 該零件主要為拉伸體，部分球面，曲面體和孔構(gòu)成。在UG的建模(Modeling)模塊下進(jìn)行零件的三維造型設(shè)計(jì)。

(1) 打開(kāi)UG軟件，單擊新建—模型—確定，進(jìn)入建模模塊。(2) 使用拉伸命令及布爾運(yùn)算完成零件主要的外形。(3) 對(duì)于曲面和球面可利用掃掠、回轉(zhuǎn)命令和布爾運(yùn)算完成。(4) 對(duì)指定面進(jìn)行鉆孔命令。(5) 對(duì)主要邊進(jìn)行倒圓角。(6) 可查看該零件的模型歷史記錄。

圖1 實(shí)體模型

2 工藝分析

煙灰缸的材質(zhì)選用45號(hào)鋼，UG的CAM模塊中，需要對(duì)加工零件的完成幾個(gè)內(nèi)容：(1)加工方式的選擇；(2)加工刀具的選擇；(3)切削模式的選擇；(4)切削參數(shù)和非切削參數(shù)的選擇；(5)進(jìn)給用量的選擇；(6)其他輔助參數(shù)如安全平面高度等的選擇。其中加工方式與加工刀具選擇有如下幾種方式：1)型腔銑加工方式。采用圓角刀對(duì)整個(gè)零件輪廓的粗加工。2)表面銑加工方式。采用平底刀對(duì)階梯平面輪廓的精加工。3)面銑加工方式。采用平底刀對(duì)平面區(qū)域的粗加工、精加工。4)等高輪廓銑加工方式。采用圓角刀對(duì)陡峭區(qū)域的曲面的精加工。5)固定軸面銑方式。采用球刀對(duì)平緩區(qū)域的曲面的精加工。對(duì)于切削模式常用的有跟隨部件，跟隨周邊和配置文件三種方式，具體的可根據(jù)零件的具體加工情況進(jìn)行選擇。切削參數(shù)與非切削參數(shù)以及進(jìn)給用量首先進(jìn)行查閱相關(guān)資料進(jìn)行選擇，之后根據(jù)其他具體零件的加工來(lái)進(jìn)行比較最后決定具體的參數(shù)。其他參數(shù)可參考具體的操作決定。

該型腔模型的總體尺寸為240mm×150mm×45mm，在零件上分別有9個(gè)深度為5mm的孔，直徑均為6mm，零件上有不同類(lèi)型凹槽和凸臺(tái)，有大小和平面曲面的不同，其表面質(zhì)量要求較高。不能通過(guò)一次走刀來(lái)加工毛坯上的余量，測(cè)量該零件上相關(guān)的尺寸后制定具體的工步順序，對(duì)主要參數(shù)如加工方式，刀具參數(shù)和切削參數(shù)等進(jìn)行初步擬定。

粗加工用型腔銑的銑削方式，用D10R2的圓角刀進(jìn)行型腔的粗加工，余量設(shè)定為0.5mm。D10R2圓角刀的直徑的限制，部分凹槽的毛坯并不能大量清除，繼續(xù)采用D4的平底刀進(jìn)行二次型腔銑削粗加工，進(jìn)一步去除上述粗加工后未清除的余量，余量設(shè)定為0.3mm。

半精加工，除了心型凸臺(tái)與曲面凹槽外多為平面，進(jìn)行多數(shù)平面的半精加工采用D3的平底刀，設(shè)定余量為0.10mm。對(duì)于心形凸臺(tái)與曲面凹槽則可分別采用D6的圓球刀與D2的球頭刀進(jìn)行半精加工，余量與上述相同設(shè)定為0.10mm。

精加工，首先使用D4R1的圓角刀對(duì)平面凹槽處進(jìn)行精加工，對(duì)于曲面的凹槽凸臺(tái)可使用D2的球頭刀同時(shí)進(jìn)行精加工。最后使用D3的平底刀對(duì)剩余部分平面進(jìn)行最后的精加工。為增加藝術(shù)效果，再使用D2的球頭刀銑出“NO SMOKING”的字樣以便起到警示作用。

先銑后鉆，銑完各個(gè)部分后，進(jìn)行點(diǎn)位加工。先采用Z4的中心鉆在工件表面鉆出9處中心孔；然后再采用Z5.8的麻花鉆鉆工件上的9處盲孔。最后使用Z6的鉸刀進(jìn)行鉸削，完成點(diǎn)位的加工。

3 模擬加工

啟動(dòng)UG NX，打開(kāi)零件的建模文件，打開(kāi)文件選項(xiàng)，之后在顯示的窗口中打開(kāi)上述的零件，單擊OK進(jìn)入該零件的建模模塊，可以利用鼠標(biāo)的快鍵操作對(duì)零件進(jìn)行移動(dòng)，放大以便觀(guān)察零件是否有的缺陷。檢查完成后進(jìn)入加工操作，選中窗口中的mill_contour單擊確定，進(jìn)入加工模塊，創(chuàng)建各種刀具：(1)創(chuàng)建直徑10毫米，有效長(zhǎng)度75毫米圓角刀；(2) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長(zhǎng)度75毫米平底刀；(3) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長(zhǎng)度75毫米圓角刀；(4) 創(chuàng)建直徑6毫米，有效長(zhǎng)度75毫米球頭刀；(5) 創(chuàng)建直徑2毫米，有效長(zhǎng)度75毫米球頭刀；(6) 創(chuàng)建直徑3毫米，有效長(zhǎng)度75毫米平底刀；(7) 創(chuàng)建直徑4毫米，有效長(zhǎng)度50毫米中心鉆；(8) 創(chuàng)建直徑5.8毫米，有效長(zhǎng)度50毫米麻花鉆；(9) 創(chuàng)建直徑6毫米，有效長(zhǎng)度75毫米鉸刀，共計(jì)9把刀具，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，開(kāi)始加工。

零件已加工完成，現(xiàn)需將UG生成的數(shù)控代碼輸出以便應(yīng)用，選中菜單欄中的后處理選項(xiàng)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成后處理文件，并以TXT的格式輸出。將其保存，即得到該型腔零件加工的數(shù)控代碼。。

4 結(jié) 論

基于UG NX的建模和加工過(guò)程很適合類(lèi)似煙灰缸這樣復(fù)雜的型腔類(lèi)零件，對(duì)零件的走刀路徑的仿真加工并生成數(shù)控加工代碼?；贑AD/CAM技術(shù)對(duì)機(jī)械領(lǐng)域的實(shí)用性，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)加工工藝的學(xué)習(xí)以及對(duì)數(shù)控技術(shù)、切削刀具的掌握與應(yīng)用。對(duì)零件的加工分析與工藝規(guī)劃、零件的仿真加工、加工的后處理，最后對(duì)走刀路徑加工方式進(jìn)行檢查，考慮是否存在錯(cuò)誤，這一系列過(guò)程使我們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助制造的發(fā)展、 CAM技術(shù)的靈活與高效。

[1] 余初和，葉俊勇. 異形鏈條附板直線(xiàn)進(jìn)給靠模仿形銑工裝設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2013(6)：176-177.

[2] 余俐.筆記本電池蓋注塑模具CAD-CAE-CAM的應(yīng)用[D].蘇州：蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,2012 ：1-3.

[3] 胡仁喜,康士廷,劉昌麗.UGNX6.0中文版從入門(mén)到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009：88-90.

[4] 陳學(xué)翔.UGNX6.0數(shù)控加工經(jīng)典案例解析[M].北京：清華大學(xué)出版社,2009：95-97.

[責(zé)任編輯:李 軍]

A Ashtray Design and Manufacture Process Simulation in The UG NX Environment

YANG Yi， ZHENG Long-wei

(Faculty of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

A ashtray belongs to mold parts which surface is complex. The efficiency of a conventional design and manufacturing is low. In the modeling and processing module of UG NX, the three-dimensional CAD and the three-dimensional CAM are completed and the numerical simulation of mold parts processing is realized. Lastly, the NC code after a few modifications can undertake corresponding input NC machine tool parts processing is generated. It shows the manual programming time is greatly reduced, and the production efficiency is improved. During the simulated parts processing, the operating problems timely found and timely solved are practicable, the error in the actual processing is avoided .

cavity ;UG NX; NC machining; cutter location path

2016-02-28

2016-06-18

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)穩(wěn)定人才項(xiàng)目(WD2013-12)基金資助。

楊 義(1969—)，男，安徽五河縣人，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院副教授、博士；研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造，機(jī)械結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)特性研究。

TH162+.1；TH166

A

2096-2371(2016)04-0120-03