基于UG的多轴加工策略浅析

摘 要：随着制造业技术的不断发展，人们对于产品的制作质量要求越来越高，通过在产品的制作过程中引入多轴加工技术能够有效的确保产品的制作精度。本文对多轴加工技术以及多轴编程中的关键参数：投影矢量、驱动方法、刀轴矢量等进行了比较全面的论述，在此基础上对UG软件的"可变轮廓铣"和"MILL_MULTI_BLADE"两个多轴加工策略进行了详细介绍，对从事产品制造的技术人员具有一定的参考价值。

关键词：多轴加工；可变轮廓铣；刀路轨迹

1 前言

多轴加工是指在三轴加工的基础上，通过增加一定数量的旋转轴，增加一个旋转轴则为四轴加工，增加两个旋转轴则为五轴加工。在实际的加工工作中，多轴加工技术常被用于复杂型面零件的加工，其中最常用的多轴加工技术就是五轴联动加工技术。五轴加工技术在加工复杂零件时，编程非常复杂、程序量比較大，采用手工编程的方式具有非常大的难度，其编程质量难以得到有效保障。因此，一般需要借助CAD/CAM类型的软件，本文中所采用的软件就是美国的Unigraphics公司的UG软件。UG软件具有编程效率高、全面等优点，被广泛的应用于各类多轴零件的加工编程中。

2 投影矢量

投影矢量是由驱动面或者驱动边界生成的驱动点，这些点投射到零件上，就好比太阳照射物体后在地面留下影子。其中物体就代表着驱动面，地面代表零件，太阳照射零件的这个射线就称之为投影矢量。若把物体的不同部位标记成驱动点，就能在地面的影子中找到驱动点相对应的影子，随着太阳位置的不断变化物体在地面上的投影也跟着发生相应的变化，这是因为投影矢量发生了一定的变化，进而导致驱动点的影子位置也发生变化。投影矢量允许定义驱动点投影到部件表面的方式，和刀具接触的部件表面侧。它定义的是驱动点的范围。

投影矢量直接影响着切触点具体的位置分布，在比较理想的投影方向上生成的切触点应具有以下的特点，在曲率较小的地方切触点的数量较少，而在曲率变化较大的地方切触点的数量较多，唯有这样的分布特点才能确保曲面的加工精度符合要求，比较常见的投影矢量主要有以下几种：

（1）I，J，K定义：通过定义一个相对于坐标系原点矢量的投影方向，例如坐标（0，0，1）代表的是沿着Z轴正方向的投影。

（2）两点定义：采用两个点来决定投影的方向。

（3）指向中心线：从零件表面开始延伸直到制定直线位置的投影矢量。

（4）垂直于驱动曲面：要确保投影矢量与驱动曲面保持垂直，这种类型的投影矢量能够将所有驱动点比较均匀的分布于曲率变化大的零件表面。

3 驱动方法

要想建立“可变轮廓铣”刀轨，首先需要对驱动几何和零件几何进行详细的设计并予以确定，然后在驱动几何上系统生成相应的驱动点，并将所生成的驱动点沿着投影矢量的方向，投影到零件几何的表面上，进而明确刀具和零件几何之间的“接触点”，即可形成相应的刀轨。按照驱动方法的选项对驱动几何和驱动点进行相应的定义，在实际工作中，驱动方法的选取要充分参考零件的几何形状、刀轴和投影矢量等，进而选择最适宜的驱动方法。当驱动方法选定后，才可进行驱动几何体的选择。在UG9.0“可变轮廓铣”加工策略提供的驱动方法有多种，主要有：曲线/点、螺旋式、边界、曲面、流线、刀轨、径向切削、外形轮廓铣以及用户自定义等。具体选用何种类型的驱动方法，要依据加工零件的表面形状和复杂程度进行综合考虑，进而选取最适宜的驱动方法。

4 刀轴矢量

刀轴矢量是指从刀尖方向指向刀具夹持器方向的矢量，固定刀轴能够确保在零件加工过程中刀轴的矢量始终唯一，可变刀轴是指在零件加工过程中，刀轴的位置会随着加工进度发生一定的变化。多轴加工技术的关键就是刀轴矢量在零件加工过程中会按照一定的规律发生变化，通过变化工作台和主轴即可实现刀具轴的变化。在选择刀轴矢量时要遵循以下原则：有利于提高切削效率、有利于提高加工质量和有利于避免刀具干涉问题等，在零件的实际生产工作中，还要结合零件生产的实际情况进行综合选择。

5 多轴加工策略

5.1 “Mill_multi_blade”叶轮加工策略

Mill multi blade是UG软件中针对于叶轮、叶盘的加工，具有高效的叶轮加工工序，能够创建的加工工序主要有：多叶片粗加工、轮毂精加工、叶片精加工、圆角精加工等。其中多叶片粗加工的目的是将相邻叶片间的多余材料进行最大程度的切除，进而为下一步的精加工建立良好的基础；轮毂精加工是对轮毂面进行精加工；叶片精加工是对叶片和分流叶进行精加工；圆角精加工是对叶片的圆角进行精加工，加工图如下所示。

5.2 “可变轮廓铣”多轴加工策略

可变轮廓铣是指在零件的加工过程中，刀轴的轴线方向随着加工进度的进行而不断改变，进而有效的改善工作过程中刀具的受力情况，从而生成复杂曲面的多轴加工轨迹，加工策略的关键参数包括：驱动方法、投影矢量和刀轴，加工图如下所示。

4 结语

总而言之，在加工复杂的零件时采用基于UG的多轴加工技术，在进行多轴编程时，一定要充分理解各相关参数的功用，这样才能编制出契合实际要求的高效刀路轨迹，进而确保其加工精度符合要求，从而制作出质量合格的零件。

参考文献：

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[3] 吴新龙. 基于UG NX的车铣复合机床后置处理的研究[J]. 苏州：苏州大学， 2015.

[4] 曹著明， 么居标. 基于UG的多轴加工策略研究[J]. 航空精密制造技术， 2016（02）：49-55.

作者简介：

张超（1979.11--）；性别：男，籍贯：河南郑州，学历：本科，毕业于徐州师范大学；现有职称：讲师；研究方向：机械设计与制造.