茶壶五轴数控加工研究

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摘要：分析了茶壶五轴联动数控加工的工艺，通过合理设置UGCAM的驱动方法、投影矢量、刀轴控制等参数,以茶壶模型为加工对象给出五轴加工详细加工方案，使用UGNX10对茶壶进行五轴加工刀路轨迹设计，运用定轴和五轴联动等方法生成NC程序,通过VERICUT仿真软件进行仿真加工,验证程序后再通过实际机床进行加工,因此缩短了加工时间,提高了生产效益,保证了产品质量,有较强的借鉴意义。

关键词：茶壶;后处理;VERICUT;五轴加工

现代智能制造加工的产品结构复杂，精度要求高，传统的三轴数控铣床很难满足复杂零件加工的工艺要求，且加工工艺结构复杂，加工时间长，精度要求高，难以保证产品的质量。五轴数控加工的优势在于，一次装夹五面加工，刀具避免零线速度加工，保证产品的表面质量，可以使用较短的刀具加工陡峭侧壁，对于直纹面可以利用刀具的侧刃进行加工，提高了加工的效率，文中茶壶就是通过五轴数控机床进行加工。通过对茶壶定轴的开粗，五轴联动加工壶内腔，内腔有倒扣，采用了朝向点刀轴控制，刀具的装刀长度也将受影响，在五轴机床上避免了刀具所受限制，可以改变加工刀轴来避免刀具的伸长量，本例是通过茶壶介绍了五轴数控加工。

1茶壶零件的工艺分析

如图1所示为茶壶模型图。该产品直径为115mm，材料为硬铝，毛坯外形尺寸为120mm×70mm,该零件模型有底座、壶嘴和手把，壶口有倒扣，需注意加工策略安排，其深度为35mm，过程中应选择合理的刀具，根据零件的特点，编排加工工艺路线，安排加工工序为定轴粗加工→定轴局部半精加工→定轴曲面精加工→可变轮廓曲面精加工→壶嘴钻孔加工→五轴刻字加工。

2茶壶五轴数控加工刀路编写与现场实际加工

2.1毛坯件的装夹首先在毛坯底部铣床上手动钻4个M8的工艺孔,其4个工艺孔用内六角螺母固定在夹具上,夹具用T型螺栓固定在工作台的T型槽上,然后用扳手锁紧固定住，如图2所示。2.2加工座标系的确定采用莱钠克五轴加工系统，其系统带有刀尖跟随功能，刀具与工件接触时，双转工作台摆动，为了保持刀尖与工件始终接触，机床会自动调整XYZ坐标轴的移动来实现，刀具的刀尖始终与零件接触摆动。为了方便加工对刀，加工座标系设置在工件顶部中心位置。2.3零件加工工序内容及刀具创建刀具的创建、刀具的选用应从机床、材料的特性、零件产品的复杂结构、加工成本等考虑，在导航工具条“机床视图”按钮，分别创建刀具D16平底铣刀，D6平底铣刀，R5、R3球头铣刀，钻头3，雕刻刀0.2。2.4定轴粗加工型腔铣开粗，刀具选用D16三刃平底刀，切削方式为“跟随部件”，每刀切削深度为1mm，切削参数设置为“顺铣，深度优先”，留0.3mm的加工余量。设置进给参数，主轴转速为“7000”，进给速度为“2800”，如图3所示。2.5定轴局部半精加工采用型腔铣半精加工，切削方式为“跟随部件”，刀具选用D6平底刀，每刀切深为0.5mm，参考刀具选择“D16平底刀”，留0.2mm余量，如图4所示。2.6壶口内腔精加工可变轮廓铣曲面精加工，刀具选用R5球头铣刀，驱动方式选择“曲面”，切削模式选择“螺旋”，步距数为“150”，投影矢量选择“刀轴”，刀轴选择“朝向点”。并输入朝向点坐标为“0，0，5”。设置进给参数，主轴转速为“10000”，进给速度为“2000”，如图5所示。2.7壶外壁精加工固定轮廓铣曲面精加工，刀具选用R3球头铣刀，驱动方法选择“区域铣削”，非陡峭切削模式选择“跟随周边”，步距数为“0.07”，刀路方向“向外”，设置进给参数，主轴转速为“10000”，进给速度为“2500”，如图5所示。2.8钻孔加工选择钻孔加工，刀具选用ZT3钻头，指定壶嘴孔，刀轴“指定矢量”，循环类型为“标准钻，深孔”设置切削深度为45mm。设置进给参数，主轴转速为“1100”，进给速度为“100”，如图7所示。2.9刻字文字是通过UG命令［缠绕与展开］选项，在圆锥曲面做缠绕文字，三轴数铣机床在一整圈圆锥面上刻字加工很难完成，采用五轴联动机床加工简单方便，可变轮廓铣加工，刀具选用雕刻刀0.2，驱动方法选择“曲线/点”，刀轴选择“远离直线”。部件余量设置“-0.08”。

3加工仿真

茶壶后处理出来的程序通过软件Vericut7.3对NC代码进行仿真模拟，Vericut通过机床配置与实际机床1：1的配置，通过验证NC代码、刀具轨迹仿真、模型比对，可以有效地检查出过切、干涉、碰撞等错误轨迹。该软件还可以优化刀具路径、改进表面质量、延长刀具寿命、提前预知NC程序是否安全可靠，文中加工仿真正是利用了这一特性，实现了NC代码验证加工。

4结语

五轴联动加工技术广泛应用于复杂结构曲面加工,针对茶壶的特点，对茶壶零件进行了合理的加工工序编排，采用了带RTCP刀尖跟随功能莱钠克系统的五轴联动机床，制定了合理的加工路线，选择锁零件工艺孔装夹，保证了零件在安全距离加工，防止刀头与转台的碰撞干涉，保证了产品的质量，提高了生产效率。该茶壶模型加工充分地展示了五轴机床加工的优点。通过模拟VERICUT仿真软件，有效地模拟了刀具路径轨迹，为后续在五轴机床上的实际加工优化了切削参数与走刀路径，有效地提高了生产率和保证零件的加工质量。

作者:廖晓明 吕辉 单位:河源职业技术学院