倒扣类零件数控加工
2017-1-20 来源：中航飞机股份有限公司 作者：郭辉，岳林峰，许锋国。马艳萍
摘要：倒扣类零件持有0,0负角型面是生产中的加工难点。合理编排工艺流程，正确使用uG数控编程，大部分倒扣类零件元全可以借助3轴机床顺利完成。根据生产中遇到的倒扣类零件结构特点，结合UG CAM加工策略，分别给出面铣、平面铣、型腔铣、曲面铣、流线加工实现倒扣类零件加工的参数设置，详细讲解了曲面铣数控编程的过程。并对部分后处理无法生成T型刀(或锥形刀)NC代码进行了原因分析，并给出编辑pui文件或采用骗刀法生成后处理的方法，这些编程技巧、设置方法为倒扣类零件的数控加工提供了一套解决方案。
关键词：倒扣：T型刀。数控编程
0.引言
航空钣金占飞机零部件50％以上，构成机体框架和气动外型，形状复杂，选材各异。大部分零件存在C型空间、腔体结构，形成一处或多次负角型面，而导致传统刀具无法直接到达。三轴机床通常也无法直接进行型面负角加工，需借助一些成型刀具，如：糖果刀、槽铣刀、锥形刀等刀具，对此类型面进行铣削加工。而此类负角型面，也就是人们13中常称之倒扣。具有倒扣特点的零件，顾名思义就是倒扣类零件，此类零件一直也是生产中的加工难题。各类CAM软件也纷纷为之出谋划策，陆续提供了一些良好的加工策略，在面铣模板中增加了直壁倒扣类加工选项，便于编程选用。
1.倒扣类零件CAM编程
倒扣类零件3轴加工，刀具多选用T型铣刀或锥形刀，此类刀具回转运动时，侧刃切削速度大，加工表面质量好，可有效解决端面精铣加工时刀具中心线速度为零的问题，还便于解决大多数负角型面倒扣类零件加工。其中UG CAM中部分操作，合理设置参数，可用于解决倒扣类零件，主要涉及的操作有：
1．1面铣加i
对于直壁C型槽倒扣问题，可通过面铣操作一“切削参数”合理设置而解决，大体可分为：1)定义T型刀或夹持器；2)在面铣中指定部件、面边界，其中面边界为倒扣底面；3)打开“切削参数”对话框策略页面中的防止底切，加工时刀具将伸到底切区域；4)设置其他参数，刀轨生成。
1．2平面铣加工
对于规则负角型面，如矩形沟槽倒扣、含有固定拔模斜度的锥面(图2)、斜面等零件，可通过设置切削层参数，实现锥形刀加工。
1．3型腔铣
“允许底切”是型腔铣实现倒扣加工的主要手段。正常情况下，UG软件型腔铣“允许底切”放置于“切削参数”的“更多”选项下，“容错加工”去掉打钩才会出现的，当“允许底切”打钩之后系统会弹出警告对话框。但由于软件定值等问题，部分型腔铣“切削参数”中并未将“容错加工”设置选项放置于其中，需手动在“定制对话框”中添加“容错加工”选项，勾选“允许底切”。同时，在毛坯几何体选择“自动块”(高版本叫“包容块”)时，会弹出“小平面体只能用于公差加工”警告对话框，刀轨无法生成，重新创建实体模型做毛坯或在“切削参数”采用“修剪边界”确定加工区域方可解决此问题。
其他参数设置按惯例，简单倒扣类问题均可解决。
1．4曲面加工
复杂倒扣类零件的加工，首推曲面铣与流线加工，虽然参数设置略为复杂，但刀路流畅、进退刀少，适用范围广。
1．4．1曲面铣
1)创建T型刀(或锥形刀)。2)指定部件及毛坯。打开可变轮廓铣界面，“指定部件”一般情况下建议不选取，或是在选取部件后产生异常刀轨时，取消“指定部件”选择项。3)“驱动方法”一“曲面”，选取侧壁曲面。选取多个曲面时，相邻曲面u、V栅格线需对等；“切削区域”，“刀具位置”默认；“切削方向”选择沿最长边方向；“材料方向”选箭头朝基体外的方向，“偏置”，“切削模式”默认或根据情况调整。4)“投影矢量”、“刀轴”控制默认。曲面铣生产的刀路整洁，加工的零件表面质量高，是端面凸轮、扭簧类零件加工的首选方案阳，同时，也是曲面半精、精加工首选策略。
1．4．2流线加工
流线加工类似于曲面加工，不同之处在于流线加工需指明流曲线和“交叉曲线”，其余设置环节均可参考曲面铣。
2.后处理
倒扣类零件数控编程中，主要遇到的问题有：程序完成后，部分后处理无法生成T型刀(或锥形刀)对应的NC代码。目前，解决此类问题最常用的方法：通过后处理编辑器编辑pui文件或是采用骗刀法生成后处理。大多后处理含描述刀具信息的程序代码，当程序编译过程中未能读取到刀具直径、刃长等相关信息时，系统会弹出错误提示，强行终止后处理进程。因此，最简单的方法是删除读取刀具信息相关的代码。运行后处理构造器，打开后处理pui文件一“program＆tool path”一“program”或“custom command”，查找对应程序段板块，直接删除即可。对于精通后处理编辑语言的人员，可在后处理pui文件中添加switch选择语句，完善后处理，支持读取T型刀(或锥形刀)的相关功能。
骗刀法，主要针对刀具单向侧刃切削(即一侧R刃切削或一侧R刃与相连圆柱面同时切削)。通俗的讲，就是用等直径端铣刀代替T型刀，保留相同根部倒角尺，在不考虑刀具与零件干涉情况下，直接后处理生成NC代码的方法。因此，骗刀与T型刀(或锥形刀)必须具有良好一致性。需注意的是：骗刀非单向侧刃切削时，生成的NC代码会产生过切现象，甚至更为严重的恶性后果，因此骗刀法使用前必须判定是否非单向侧刃切削。单向侧刃切削判断可通过UG 2D刀轨仿真，观察刀具与刀轨贴合情况。当然，最精确有效的方法莫过于通过VERICUT仿真验证。
3. VERICUT仿真验证
VERICUT仿真可准确检测零件过切、残留量，判断程序的正确与否。通过仿真验证后的数控程序，能减少故障发生率，降低试加工零件的调试风险，消除潜在的碰撞错误，有力地保护刀具与夹具、机床等。因此，选用骗刀法VERICUT：进行仿真。依次设置好VERICUT“选项”配置，选择部件及毛坯，机床、后处理控制器、加工坐标等，进行仿真分析，图7为起落架油针部件侧面油槽某一时刻切削情况。待仿真完成后，利用软件“自动比较”功能，分析零件过切、残留不超过0．05 mm，可见程序正确有效。
4.结论
倒扣类零件特有的负角型面是加工难点。实际生产中，合理编排工艺流程，正确使用UG数控编程，大部分倒扣类零件完全可以借助3轴机床顺利完成。文中分别讲解了面铣、平面铣、型腔铣、曲面铣、流线加工，实现倒扣加工的参数设置方法。对数控编程中，T型刀(或锥形刀)后处理无法进行做了详细分析，并给出了相应解决方案，这些编程技巧、设置方法为倒扣类零件的数控加工提供了一套解决方案。
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