基于UG的孔及螺纹铣削加工技术

0 引 言

目前，虽然孔加工可通过车削、铰制等工艺方法获得，螺纹可采用板牙、丝锥、滚制、螺纹车削加工制取，但在一定程度上存在着诸如表面质量差、加工效率低、尺寸精度难以保证的问题。随着数控设备的普遍推广和应用，一把镗刀可以镗削不同公称直径孔，一款螺纹铣刀可以加工同螺距不同规格内、外螺纹，孔及螺纹铣削技术具有效率高、质量好、刀具通用性强的优点。

1 孔铣削加工

UG软件中常见可实现铣削孔操作有平面铣操作、型腔铣/深度加工轮廓操作、固定轮廓铣曲面驱动三种。对于平面铣、型腔铣/深度加工轮廓操作而言，螺旋铣孔需要通过非切削移动参数的巧妙设置实现。在操作界面“非切削移动”→“进刀”→“封闭区域”→选择“沿形状斜进刀”，“斜坡角”与“高度”控制铣削一周切削深度。为控制程序刀轨一圈切削深度，可通过“屏幕距离”大致测量，如图1所示[5]。平面铣、型腔铣/深度加工轮廓操作实现螺旋铣孔的刀轨路径如图2(a)所示。孔铣削可覆盖大部分尺寸的孔加工，实现开粗、扩孔，以铣代铰、代镗半精、精加工，对尺寸精度的控制，与钻削依旧是孔加工效率最高的方法。

图1 非切削移动界面设置及屏幕距离测量一圈切削深度量

二者差异在于：平面铣针对2D轮廓线进行加工，部件与毛坯材料侧含义完全相反，部件材料侧为非切削区域（材料保留侧），对于非封闭区域材料侧还与轮廓线箭头方向有关。型腔铣/深度加工轮廓为3D加工操作，需选择加工部件、加工区域。

1.1 固定轮廓铣曲面驱动操作

在固定轮廓铣曲面驱动操作中实现螺旋铣，通过“切削模式”→“螺旋”设置实现[1]。切削深度通过“步距”→“数量”调整，每圈切深=孔深/数量[1-2]。为提高孔加工精度，需将“切削步长”指定为“公差”，根据加工精度设置内外公差值。同时为避免进退刀与孔壁干涉，需将“非切削移动”中进退刀设置为孔中心作为进退点，刀具由孔中心点线性移动至切入点，待铣削完成内孔线性移至孔中心直线抬刀，切削效果如图2(b)所示。

1.2 专用铣削孔HOLE_MILLING操作

HOLE_MILLING为UG8.0版本后出现的专门用于铣削孔或凸台的操作，一般放置在“MILL_PIANAR”和“DRILL”模板中。进入HOLE_MILLING操作界面，点击“指定孔或凸台”图标，进入快捷菜单：在“类型”中选择“孔”，“位置”→点击“选择对象”选择视图中要加工的孔口圆，系统自动创建点位坐标，在“直径”框内输入加工部位孔直径值，“深度”输入待加工孔深度值，点击确认退出“孔或凸台几何体”快捷菜单；“工具”→“刀具”，选用已创建刀具或创建新刀具；“刀轨设置”→默认“螺旋”；“毛坯直径”→“距离”→“毛坯距离”相当于壁单侧余量，“毛坯直径”→“直径”→“起始直径”即为铣削前底孔尺寸；“轴向”→“每转深度”或“斜坡角”均用于控制每圈刀具轴向切深值；“径向”控制径向切削层数。当实际加工中只进行一次精镗，HOLE_MILLING操作界面“刀轨设置”中的轴向、径向保持默认；“切削参数”可控制顺逆铣、刀轨在顶层、底层的延伸量、孔壁余量。一般情况，非切削参数等可保持默认。

图2 孔铣削

虽然，平面铣、型腔铣/深度加工轮廓、固定轮廓铣曲面驱动操作与HOLE_MILLING操作均可实现孔、凸台铣削功能，但前3种操作设置繁琐，精确控制切深值较为困难[2]。HOLE_MILLING参数设置简单，切深易于调整，进退刀方式合理，在软件版本支持的情况下，首选HOLE_MILLING铣削孔。

2 螺纹铣削加工

2.1 THREAD_MILLING操作

THREAD_MILLING是专门用于螺纹孔或螺纹凸台铣削的加工模块。进入操作界面，点击“指定孔或凸台”图标，可选择加工类型（螺纹孔或螺纹凸台），“常用参数”→“牙型和螺距”，有四种类型（从模型、指定、从表、从刀具）。每种类型设置差异性大，熟练使用存在一定难度，现具体剖析如下：

1）“从模型”类型。首先，要求部件螺纹由螺纹特征创建；其次，操作菜单中“常用参数”→“牙型和螺距”→选择“从模型”，“位置”→“选择对象”点选部件螺纹特征，相关参数将自动获取到“孔或凸台几何体”菜单中（见图3左）；在螺纹铣操作菜单中“刀轨设置”→“轴向步距”→“牙数”输入1，即单头螺纹；最后，螺纹铣刀螺距需与模型螺距匹配。同时注意，界面中“丝锥大小”为螺纹底孔尺寸。THREAD_MILLING“从模型”类型，要求数模中的螺纹几何特征必须严格按照螺纹标准参数创建，在一定程度上增加了编程难度。

2）“从刀具”类型。在THREAD_MILLING操作“常用参数”→“牙型和螺距”→选择“从刀具”，“位置”→“选择对象”指定上端孔口圆，“丝锥大小”输入螺纹底孔尺寸。以M16×2内螺纹为例，螺纹尺寸按螺纹规范依次填入：“大径”16 mm，小径13.9 mm，长度20 mm（见图3右）；创建一把螺距为2的螺纹铣刀，如D10×2螺纹铣刀。在螺纹铣操作菜单中“刀轨设置”→“轴向步距”→“牙数”输入1，即单头螺纹，涉及的螺纹参数需严格遵循螺纹规范要求。

3）“从表”类型。在THREAD_MILLING操作“常用参数”→“牙型和螺距”，选择“从表”，“位置”→“选择对象”指定上端孔口圆，螺纹尺寸中“标准”选择“Metric Coarse”。以M16×2内螺纹为例讲解，其中界面中“大小”选择M16×2，指定“径向进刀”为0.75（如图4左）；创建一把螺距为2的螺纹铣刀，如D10×2螺纹铣刀。在螺纹铣操作菜单中“刀轨设置”→“轴向步距”→“牙数”输入1，即可单头螺纹铣削，该类型适用于标准规格螺纹数控编程。

4）“指定”类型。在THREAD_MILLING操作“常用参数”→“牙型和螺距”，选择“指定”，“位置”→“选择对象”指定上端孔口圆，螺纹尺寸按螺纹规范依次填入。以M16×2内螺纹为例讲解，界面中大径16 mm，小径13.9 mm，长度20 mm，创建一把螺距为2的螺纹铣刀，如D10×2螺纹铣刀。在螺纹铣操作菜单中“刀轨设置”同上，生成的螺纹刀轨如图4右。“指定”类型可根据需要创建不同螺距的螺纹，只要刀具与螺纹螺距参数匹配即可，一般优先推荐选用。

图3 “从模型”位置自动获取与“从刀具”位置参数设置

2.2 HOLE_MILLING铣螺纹

HOLE_MILLING实现螺纹铣削，需在“切削参数”中取消“添加清理刀路”选项，建议内外螺纹非切削运动设置为线性从中心进退刀。螺纹铣削刀轨通常需在顶层、底层延伸一个数值。为保证螺纹旋向正确性：内螺纹右螺纹用逆铣，右旋外螺纹用顺铣。其他操作与HOLE_MILLING铣削孔设置相同。

THREAD_MILLING可通过一把螺纹铣刀生成具有相同螺距的一系列螺纹刀轨，大大减少了刀具数量，且多齿螺纹铣刀铣削比车削可获得更好的表面质量，比板牙、丝锥具有更高加工效率，对于大规格螺纹更倾向THREAD_MILLING螺纹铣削编程加工。特别是作为THREAD_MILLING“指定”类型编程时，具有相对简单的参数设置、调整灵活性高的特点，被广大数控编程人员广泛采用。

表1 公称直径16 mm的公制螺纹规格

图4 “从表”与“指定”位置参数设置

图5 THREAD_MILLING与HOLE_MILLING铣削螺纹

THREAD_MILLING与HOLE_MILLING操作（图5），虽然均可用于铣削螺纹，但是HOLE_MILLING需要手动设置刀路顺、逆铣方向来保证螺纹旋向的正确性。两者刀路在进退刀方面也有差异，HOLE_MILLING由孔口螺旋铣至孔底，而THREAD_MILLING则由孔底螺旋铣至孔口。相比而言：HOLE_MILLING擅长孔、凸台铣削，而THREAD_MILLING适合螺纹铣削。两者在多孔腔、空间孔、空间螺纹等几何特征的软件编程方面更加便捷，进退刀方式更为安全，较之传统手工宏编程更佳可靠，加工效率较之传统钻削更高，刀路调整更灵活。

3 结 语

为大力推广孔、螺纹铣削技术应用，文中对比分析

了平面铣、型腔铣/深度加工轮廓、固定轮廓铣曲面驱动、HOLE_MILLING的在孔加工编程中的异同，剖析了THREAD_MILLING牙型和螺距四种类型在螺纹加工方面的差异，并通过简单案例进行了设置说明。希望文中的编程经验和技巧能对孔、凸台、螺纹铣削加工带来技术借鉴和参考