UGNX10.0软件作为世界上先进的CAD/CAM/CAE集成的大型高端应用软件,特别是其CAM模块广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域,在工业界被公认为最好的CAM软件之一。UGNX10.0常用的多轴加工主要包括四轴铣削加工、五轴铣削加工、车铣复合加工、四轴线切割加工等,下面做一简单介绍。
UGNX10.0除了提供强大的三轴加工外,还提供了比较成熟的多轴加工模块。四轴加工中刀具同时做X、Y、Z三个方向的移动,同时一般工件能够绕X轴或Y轴转动,因此广泛应用于航空、造船、医学、汽车工业、模具制造等领域。典型的四轴产品有凸轮、涡轮、蜗杆、螺旋桨、鞋模、人体模型、汽车配件、精密零件加工,如图3-1所示。
图3-1 四轴加工案例
UGNX10.0是一款非常适合进行四轴联动加工编程的数控软件之一,在四轴加工中,UGNX10.0提供了如下功能:
1.可变轴曲面轮廓铣削四轴加工
在可变轴铣削过程中,刀轴在沿着刀路运动时可以不断改变方向,此时控制刀轴仅仅进行绕单轴的旋转,即可实现四轴加工,主要用于曲面轮廓的半精加工或精加工。
2.3+1轴定位加工
在进行四轴加工时,有很多情况可以看作是平面加工或是固定轴加工。因为在这样的情况下,机床的旋转轴先进行旋转,将加工工件或者刀具主轴旋转到某一个所需要的方位,然后对工件进行加工,而在对工件进行切削加工的过程中,加工工件或刀轴主轴的方位不发生变化。利用UGNX提供的平面铣削、固定轴轮廓曲面铣削、固定轴自动清根、钻孔等功能,在这样的情况下,都可以采用这种方式来实现。如果熟悉三轴加工,只要对四轴加工有些了解,就可以知道,多轴定位加工比较简单。
UGNX10.0除了提供强大的三轴加工外,还提供了比较成熟的多轴轴加工模块。三轴加工中刀具同时做X、Y、Z三个方向的移动,且Z轴的移动总是保持与XY平面垂直。在五轴加工中刀具总是垂直于加工曲面,因此五轴加工相对于三轴加工而言,具有很大的优越性,比如可扩大加工范围、减少装夹次数、提高加工效率和加工精度,可加工各种复杂曲面,主要用于飞机、模具、汽车等行业的特殊加工,如图3-2所示。
图3-2 UG NX五轴加工案例
五轴联动数控机床对CAM软件的要求非常高。从这个角度来讲,UG是一款非常适合进行五轴联动加工编程的数控软件之一,在加工制造业应用非常普遍。在五轴铣削加工方面,UGNX10.0具备以下功能:
(1)可变轴曲面轮廓铣削加工 可变轴曲面轮廓铣削加工支持固定轴和多轴铣削加工功能,可以加工UGCAD模块中生成的任意几何体,同时保持主模型相关性。在变轴铣削过程中,刀轴在沿着刀路运动时可以不断改变方向。变轴铣削加工主要用于半精加工或精加工曲面轮廓,其加工区域由选择的表面轮廓构成。UGNX提供了多种驱动方法和进给方式,可以对不同的零件轮廓表面选择最佳的切削路径和切削方法,从而满足各种复杂零件表面轮廓的加工要求。
(2)顺序铣削加工 顺序铣削加工可以用于固定轴轮廓铣削加工,也可以用于可变轴曲面轮廓铣削加工。顺序铣削加工是一种进行表面精加工的方法,其前一道工序一般为平面铣削或型腔铣削等粗加工。它按照相交或相切面的连接顺序连续加工一系列相接表面,可以保证零件相邻表面过渡处的加工精度,该功能适合于高难度的数控程序编制。
复合加工是目前机械加工领域国际上最流行的加工工艺之一,是一种先进制造技术。复合加工就是把几种不同的加工工艺,在一台机床上实现。复合加工应用最广泛、难度最大的,就是车铣复合加工。车铣复合加工中心相当于一台数控车床和一台加工中心的复合。
图3-3为车铣复合加工中心。车铣中心的车床主轴和铣削主轴头都采用带编码器,能精确定位和锁紧的电主轴,在车削时车床主轴带动工件旋转,铣削主轴锁紧,做带B轴的车床刀架使用,而在铣削时,车床主轴则反过来做A轴转盘使用。
与常规加工设备不同的是,一台车铣复合加工中心实际上相当于一条生产线,工序集中是复合加工最为鲜明的工艺特点。如何根据零件工艺特性和车铣复合加工的工艺特点制定合理的工艺路线、装卡方法和选用合理的数控刀具是实现高效精密加工的关键。
图3-3 马扎克Integrexe-420H车铣复合加工中心
利用UGNX10.0进行五轴加工需要遵循的加工流程,如图3-4所示。
图3-4 UG NX 10.0五轴加工流程
下面简单介绍五轴加工流程中的相关内容。
1.选择加工环境
UGCAM可以为数控车、数控铣、数控电火花切割机编制加工程序,而且单是UGCAM数控铣就包括平面铣(Planar Mill)、型腔铣(Cavit yMill)、固定轴曲面轮廓铣(FixedContour Mill)、多轴轮廓铣(mill multi-axis)4种铣削加工工艺。因此,需要定制用户所需要的数控编程环境,选择最适合具体加工要求的功能加工环境
2.建立父级组
在UGNX10.0的五轴加工中加工是通过“创建操作”来完成的,在“创建操作”之前要为操作指定其所对应的父级组,其中包括程序组、刀具组、几何组和方法组。
①程序:程序组是用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。
②几何:几何是在零件上定义要加工的几何对象和指定零件在机床上的加工方位。
③刀具:设置加工需要的加工刀具类型以及刀具加工参数。
④方法:加工方法可以通过对加工余量、几何体的内外公差、切削步距和进给速度等选项的设置,控制表面残余量,为粗加工、半精加工和精加工设定统一的参数。
3.创建操作
在UGNX10.0数控加工过程中,零件各表面的形成是通过若干个按一定次序排列的操作组成,通常一个操作可看成是加工中的一个工序。创建操作时除了要指定加工父级组外,还要设置操作参数,在五轴加工中要设置的参数有:
①驱动方法:用于定义创建刀轨时驱动点产生方法。
②刀轴控制:用于控制刀轴矢量方向。
③投影矢量:用于确定驱动点投影到零件几何表面的方向。
④切削参数:用于设置切削加工参数,主要包括走刀方式、加工余量、顺铣和逆铣等。
⑤非切削参数:用于设置刀具的非切削运动移动参数,主要包括进刀、退刀、安全设置等。
⑥进给和速度:用于设置加工时主轴转速和进给率等。
4.生成刀具路径
生成刀具的NCI数据文件,并在屏幕上显示加工刀具路径。
5.刀具路径模拟与实体验证
模拟刀具实际切削时的走刀过程,直接对工件进行逼真的切削模拟来观察加工的过程和效果,可避免工件报废,甚至可以省去试切环节。
6.执行后处理生成NC代码
将确认的刀具位置数据NCI转换成适合于具体机床数据的数控加工程序,即NC代码。