作者：夏 雨（浙江工商职业技术学院机电工程学院）
【摘要】根据汽车铝合金轮毂的加工工艺要求，运用UG NX进行加工工艺设计、使用专用工装夹具，设置加工方法和走刀路线，并完成铝合金轮毂的实际加工。结果表明：经过使用专用夹具与数控加工工艺优化，汽车铝合金轮毂加工精度和表面质量有明显提高，提升了经济效益和稳定的质量保证。
关键词：楔块；MasterCAM；数控加工；工艺分析

1 引言
       随着国民经济的快速发展，我国汽车工业发展已成为国家重要的产业之一，随着绿色环保和人们对汽车性能的追求，人们对汽车外观、 样式有着越来越多的要求，汽车产品的开发成本加大， 上市周期的缩短加快汽车消费品的更新换代。在这种情况下数控加工技术在汽车工业中发挥重要作用，运用CAD/CAM技术中产品设计和虚拟加工技术，可以在产品结构和产品制造工艺上进行验证， 缩短产品的研发周期。图1所示的汽车铝合金轮毂为企业真实案例，运行UG NX软件进行编程加工，加工工艺制定，结合优化的加工程序，通过合理制定制造工艺，可以提高铝合金轮毂的加工精度和产品质量 [5] 。

图1 铝合金轮毂加工

2 汽车铝合金轮毂的数控加工工艺分析
图2为汽车铝合金轮毂实例模型，毛坯尺寸 ϕ 600×480mm，采用专用夹具对汽车铝合金轮毂进行装夹，采用加工中心完成小批量加工。铝合金轮毂主要有轮辋和轮辐组成，形状结构可以根据定制完成三维设计，也可以根据汽车厂家要求进行大批量生产。


图2 铝合金轮毂模型

       铝合金轮毂毛坯采用锻造工艺， 零件毛坯基本已经成型， 只需要进行对轮辋和轮辐的设计， 根据轮辋和轮辐尺寸和造型的不同完成加工， 定位采用以轮毂底面为基准， 以轮毂顶面中心为加工坐标系， 并作为Z0的起点位置， 用专用夹具进行装夹， 用百分表完成汽车铝合金轮毂的X、 Y方向的找正。加工工序步骤是先进行粗加工， 再进行半精加工和精加工。主要的加工工序安排如下：粗加工型腔铣→半精加工型腔铣→精加工深度加工轮廓铣→精加工固定轮廓铣， 采用螺旋下刀的走刀方式， 避免跳刀和空走刀加工。汽车铝合金轮毂主要是由曲面和圆弧面组成。铝合金轮毂采用高速钨钢刀进行加工， 刀具选用 ϕ 16R1mm、ϕ 6R3mm、 ϕ 4R2mm和 ϕ 1R0.5mm的圆角刀和球头刀。粗加工为了加工效率可以选用 ϕ 16R1mm的机夹刀，刀粒磨损安装新刀片比较快捷方便。半精加工和精加工采用球头刀加工， 可以达到很高的表面粗糙度。加工思路是先通过型腔铣进行粗加工，侧留0.1mm加工余量， 底面留0.05mm的余量。加工工艺方案如表1所示，再利用深度加工轮廓铣和固定轮廓铣进行半精加工和精加工。避免振动可采用较小的吃刀量为0.5mm，主轴转速选取4,500转/min， 进给率2,500mm/min， 精加工主轴转速选取5,500转/min， 进给率2,800mm/min， 吃刀量采用为0.4mm。具体切削用量明细表如表1所示  。

3 铝合金轮毂的加工刀路程序编制
3.1 轮毂的粗加工
       创建型腔铣。在“工序子类型”CAVITY-MILL，创建切削区域。选择“指定切削区域”，弹出切削区域选项，修改切削模式和每一刀的切削深度。选择“切削模式”为“跟随部件”。“步距”设定为”刀具平直百分比”，“平面直径百分比”设定为 “65” ，“每刀的公共深度”设定为“恒定”，“最大距离”设定为2。设定切削层。选择切削层按钮打开“切削参数”参数中，在“列表”下删除所有的层数，在选择“选择对象”选定补面，设定切削余量。在“切削参数”参数中中，打开“余量”选项卡，修改“部件侧面余量”为0.3，“内公差”与“外公差”均设定为0.03。设定进刀参数。选择“非切削移动”按钮，弹出参数中，打开“进刀”选项卡，在开放区域选项区域里，“进刀类型”设定为“沿形状斜进刀”斜坡角2高度1最小斜面长度55刀具百分比选择完成设定。设定进给率和刀具转速。选择“进给率和速度”按钮，打开“进给率和速度”参数中，在“主轴速度”文本框中输入4,500转/min，在“进给率”选项区域中设定“切削”为2,500mm/min，生成刀位轨迹。选择“生成”按钮，系统计算出 “型腔铣” 的刀位轨迹如图3所示。

图3 粗加工刀路轨迹

3.2 轮毂的半精加工
       修改切削区域。选择“指定切削区域”，在切削区域选项中选择指定曲面，修改刀具。在“轮廓区域”参数中中展开按钮，打开“刀具”选项区域， 将“刀具”修改为D6R3， 修改切削模式和每一刀的切削深度。选择 “切削模式” 设定为 “跟随部件” 。“步距” 设定刀具65%。每刀公共深度设定为“恒定”，“最大距离”设定为0.5，设定切削层。选择“切削层”按钮，打开“切削参数”参数中， 在“列表”下删除所有层数，在选择选择对象，选择“确定”按钮，生产切削范围。设定切削余量。“切削顺序”设定为“深度优先” 。“刀路方向”设定为“向内”。设定进刀参数。选择“非切削移动”按钮，弹出参数中，打开“进刀”选项卡。系统计算出“型腔铣”的刀位轨迹如图4所示。

3.3 轮毂侧面的半精加工
       创建深度加工轮廓ZLEVEL_PROFILE。选择“刀片”命令，选择mill_contour选项，修改位置参数，在“深度加工轮廓”中指定切削区域。选择“指定切削区域”，在“切削区域”中设定每刀的公共深度。“每刀切削深度”设定为“恒定”，“最大距离”设定为0.4。设定切削参数。选择“切削参数”中设定“切削方向”为“混合”，“切削顺序”设定“深度优先”设定连接。在“切削参数” 中选择 “连接”选项卡，“层到层”选择“直接对部件进刀”，如图5所示刀路轨迹。

图4 粗加工刀路轨迹 图5 轮毂侧面的半精加工

3.4 轮毂凸缘半精加工
       创建固定轮廓铣。在“类型”下拉列表中选择mill_contour选项，修改位置参数，“固定轮廓铣”中编辑驱动方法参数。选择“驱动方法”下的“编辑”按钮，“切削模式”选择“往复”，“步距”设定为“恒定”，“最大距离”设定为0.5，“步距已应用”设定为 “在平面上”，“切削角”设定为“指定”。“与XC的夹角”设定为0°。设定切削参数中，在“余量”选项卡中设定“部件余量”为0.05，如图6所示刀路轨迹。

3.5 轮毂精加工
       复制固定轮廓铣。选择“复制”命令，指定切削区域。选择“指定切削区域”，编辑驱动方法参数，选择“驱动方法”下的“编辑”方式，在“区域切削驱动方法”中选择“切削模式”选择“往复”，“步距”设定为“恒定”，“最大距离”设定为0.4，如图7所示。


图6 轮毂凸缘半精加工 图7 轮毂精加工

4 结语
       通过以上案例， 主要使用UG NX软件完成了汽车铝合金轮毂的加工编程与实际加工， 通过仿真模拟加工可以发现和实际不一样的刀路轨迹， 避免过切产生对实际加工产生不利的因素， 可以节约时间和成本， 产生一定的经济效益。经过以上制造工艺实践，经过优化的轮毂加工工艺可以提高生产效率， 降低成本， 接下来可以进一步讨论工艺的合理性， 优化加工工艺， 为实际生产提供实际参考价值。

—The End—