回转零件数控加工研究

2023.02.19

杨柳雒钰花

摘要：出于提高回转类零件加工效率的考虑，本文采用UG软件对零件进行造型与自动编程，并通过VERICUT软件对生成的加工程序进行模拟仿真，然后将经过验证的零件加工程序G代码传输到FANUC数控机床，完成回转类零件的数控加工。实验表明该方法可行，通过模拟验证的程序安全性高，零件的报废率大大降低，加工质量得到了提升，对实际生产具有指导意义。

关键词：回转零件;数控加工;UG;Vericut软件

0 引言

随着制造业升级转型，数控技术不断地发展，零件加工的复杂程度也越来越高，对于零件加工的质量和效率也提出了更高的要求，更多的零件要求整体性加工，尽量减少零件的装配部分，降低零件的装夹次数，使得普通的两轴半或者三轴数控机床难以胜任更加复杂零件的加工要求，同时，多轴数控机床的技术不断地成熟，多轴数控机床也得到了更加广泛的应用。

本文采用UG软件完成回转类零件的多轴加工自动编程，得到的G代码放在VERICUT软件中进行模拟仿真加工，验证程序的正确性，最终经过验证的程序通过FANUC四轴数控对毛坯进行切削加工。

1 多轴数控加工

相比较与普通的三轴机床运动结构，多轴数控机床不仅具有X、Y、Z三个移动轴，在此基础上附加1～2个旋转轴，使得工件在直线移动的过程中还具备了角度的旋转，实现了多轴联动切削加工的能力，可以加工空间曲面复杂的零件，其中就包括回转类的零件。多轴数控机床因为其加工精度较高，往往用于零件的精加工。

2 UG软件自动编程

2.1 建模

UG软件具有强大的实体造型、程序编译、运动仿真以及加工仿真模块，可以满足三维设计和数控加工的需要，可以造型各种形状的三维实体，使用方便，在企业工厂和科研院校应用十分的广泛，对于形状特殊的非标准件，还可以对UG软件进行二次开发，大大提高了UG软件的适应能力。

2.2 加工参数及刀路设计

制定零件的加工工艺以及装夹方法，回转类零件的加工根据先粗后精的加工原则完成表面特征的粗精加工，为了保证斜面的表面质量，采用球头铣刀进行加工，增大刀刃与被切削表面之间的接触面积，减低表面粗糙度值。零件的回转轴心与工作台的A旋转轴重合，使得零件一次装夹就可以完成两个面的加工，减少重复定位造成的误差，当零件完成一面的加工之后，零件围绕着A轴旋转180°即可加工另外一侧，保证加工精度，刀路设计具体操作如下。

（1）粗加工，在UG软件中创建刀具类型，选择“MILL-CONTOUR

”，粗加工刀具选择平底立铣刀，直径10mm;创建几何体，毛坯类型选择“MILL- CONTOUR”，几何子类型选择默认，名称定为MCS;创建加工工序，工序类型选择“MILL- CONTOUR”，定义加工工序子类型选择型腔铣CAVITY-MILL，程序选择PROGRAM，刀具选择之前定义的平底立铣刀，几何体选择WORKPICEC，方法选择METHOD;切削模式采用跟随周边，步距选用刀具平直方式，平面直径百分比之70，公共每刀切削深度保持恒定，定义每刀的切削深度最大不超过1mm，切削层定义对象为回转类零件，范围深度设置为30mm，测量开始位置为零件顶层，每刀切削深度1mm;切削参数菜单栏中定义加工策略，切削方向采用顺铣加工，切削顺序选为深度优先，刀路方向内向，对于余量要求为0.3mm，单击“确定”按钮，得到图1所示刀路轨迹。

（2）精加工，创建刀具类型，选择“MILL-CONTOUR”，精加工刀具选择球头铣刀，直径8mm;创建几何体，毛坯类型选择“MILL- CONTOUR”，几何子类型选择默认，名称定为MCS;创建加工工序，工序类型选择“MILL- CONTOUR”，定义加工工序子类型选择深度轮廓加工ZLEVEL-PROFILE，程序选择PROGRAM，刀具选择之前定义的球头铣刀，几何体选择WORKPICEC，方法选择METHOD;陡峭空间范围不设定，合并距离为3mm，最小切削长度为1mm，公共每刀切削深度设为恒定，最大距离0.2mm;切削层选为最优化，切削方向为混合，切削深度始终深度优先，单击“确定”按钮，得到图2所示刀路轨迹。

2.3 刀路G代码生成

刀路轨迹在生成以后，可以看到图中的刀具移动路径，以此为基础来生成相应的G代码。在项目树中，选择对应粗精加工刀路子工序，单击“后处理”选项，弹出后处理器对话栏，本次加工采用的是四轴数控机床，后处理类型一栏中选择MILL-4-AXIS，生成的G代码就具有四轴加工能力，确定文件输出类型为记事本TXT，单击“确定”按钮即可完成数控加工程序G代码的生成。

3 VERICUT软件模拟仿真

通过对零件的加工过程进行仿真，可以检验程序的正确性，大大降低加工过程的出错概率。VERICUT软件是集加工仿真与优化设计于一体的机械加工过程模拟平台，内置多种数控机床操作系统，可以高度还原切削加工的整个加工过程，减少程序设计周期，提高程序的正确性。模拟过程如下：设置数控机床的几何模型和运动方式，建立毛坯、刀具和夹具的模型，选择FANUC操作系统，将UG生成的零件加工程序载入到VERICUT软件中，在虚拟的环境中验证程序的加工，并优化。

4 零件加工

回转类零件的程序经过软件模拟加工验证后，通过机床RS232通信串口传输到四轴数控机床中进行实际加工，毛坯件采用的是铝件，实际加工出的效果如图3所示，零件加工过程平稳，且表面质量较高。

5 结语

本文以回转类零件为例，设计合适的加工工艺，通过UG软件将零件的加工程序编制出来，再由VERICUT软件对生成的加工程序G代码进行模拟加工仿真，验证程序的正确性，通过验证的程序输入至四轴数控机床中进行实体加工，验证了回转类零件加工与软件结合的可靠性和正确性。通过该方式可以提高加工过程的效率，减少首件试切的不稳定性，保护机床的安全，为实际加工提供借鉴意义。

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基金：陕西国防工业职业技术学院校级科研项目（Gfy17-31）

作者简介：杨柳（1989-），男，陕西西安人，硕士研究生，助教，研究方向：数控加工技术，主要从事CAD/CAM、数控加工教学研究工作。