基于UG/NX的非球面鏡片五軸數(shù)控編程技術(shù)

　　針對(duì)非球面鏡片曲面的特性，制定鏡片加工工藝，基于UGNX3.0規(guī)劃了底模和鏡片的加工軌跡。其中使用型腔銑規(guī)劃了木底模的粗加工軌跡，固定輪廓銑規(guī)劃木底模精加工軌跡，Swarf方式規(guī)劃鏡片的粗、精加工軌跡。

　　一、鏡片加工五坐標(biāo)數(shù)控加工中心

　　一般說來，五坐標(biāo)數(shù)控加工中心由三個(gè)平動(dòng)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸構(gòu)成。根據(jù)運(yùn)動(dòng)軸配置的不同，五坐標(biāo)數(shù)控加工中心可分為三種基本類型：

　　1)刀具雙擺動(dòng)即兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸都作用于刀具上。

　　2)工作臺(tái)雙回轉(zhuǎn)即兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸都作用于工件上。

　　3)刀具和工作臺(tái)分別回轉(zhuǎn)即兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸分別作用在刀具和工作臺(tái)上。

　　為了保證加工的剛度，本文選用工作臺(tái)雙回轉(zhuǎn)類型的五坐標(biāo)加工中心，即有X、Y、Z三個(gè)平動(dòng)軸和A、C兩個(gè)作用在工作臺(tái)上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。

　　鏡片的生產(chǎn)批量一般比較大，因此加工效率尤為重要，自動(dòng)換刀功能必不可少。根據(jù)加工中使用刀具的數(shù)量，建議換刀位不少于5個(gè)。

　　二、鏡片加工裝夾

　　目前鏡片加工的裝夾方式主要有兩種：1)機(jī)夾式;2)空吸式。機(jī)夾式夾緊較為牢固，但是易存在裝夾變形的缺陷�？瘴�式夾緊相對(duì)比較平穩(wěn)，只要空吸力足夠，可以很好的完成夾緊任務(wù)。為使得裝夾更為穩(wěn)固，也可同時(shí)采用兩種裝夾。

　　三、底模數(shù)控加工軌跡規(guī)劃

　　底模的包括木模和橡膠模兩部分。

　　1、木模加工軌跡規(guī)劃

　　由木模的形狀可知，其加工軌跡可以用三軸方式來規(guī)劃。木模毛坯為木漿膠合而成，質(zhì)地較為柔軟，因此加工進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速可以較高，可分別設(shè)為1000mm/min和20000r/min。

　　一般說來，粗加工加工策略為型腔銑(CAVITY_MILL)，采用往復(fù)式加工來提高加工效率，加工的逐層漸進(jìn)高度為1mm，生成的加工軌跡。

　　精加工策略為固定軸輪廓銑(FIXED_CONTOUR)，選定上表面為驅(qū)動(dòng)幾何(DriveGeometry)，一般設(shè)定殘余高度為0.02mm。

　　經(jīng)過軌跡轉(zhuǎn)換為NC代碼后，對(duì)木模進(jìn)行實(shí)加工。

　　2、橡膠模加工軌跡規(guī)劃

　　由于橡膠模是與鏡片毛坯直接接觸的材料，因此橡膠模上表面必須與鏡片毛坯地面良好的貼合，這樣才能保證足夠的夾緊力，使得鏡片加工過程穩(wěn)定。橡膠模的加工工藝為：先將橡膠模粘合在加工好的木模表面上，加工出需要的橡膠模內(nèi)外輪廓，然后將橡膠模上表面按照鏡片毛坯底面的形狀光順一次(殘余高度一般為0.01mm)，確保鏡片毛坯和橡膠模緊密貼合。

　　橡膠模粘合到木模上后，變形成為一個(gè)非球面，因此內(nèi)外圈的加工軌跡不能用三軸方式規(guī)劃，必須采用五軸加工方式規(guī)劃加工軌跡。橡膠模的內(nèi)外圈側(cè)面都是直紋面，理論上可一次加工成型。

　　考慮到橡膠材料的特性，一次成型容易造成內(nèi)外圈材料撕扯，會(huì)導(dǎo)致加工鏡片時(shí)夾緊不夠，本文采用三次加工完成外圈的加工。因此還是分為若干次走刀加工成型。UGNX3.0中提供了大量的多軸加工軌跡規(guī)劃方法，其中Swarf方式主要用于直紋面的軌跡規(guī)劃。

　　橡膠模內(nèi)外圈加工后還需要使用固定軸輪廓銑對(duì)其表面進(jìn)行光順，這樣才能使得鏡片加工時(shí)鏡片和橡膠模之間的空隙較小、夾緊足夠穩(wěn)定。

　　經(jīng)過軌跡轉(zhuǎn)換為NC代碼后，對(duì)橡膠模進(jìn)行實(shí)加工。

　　四、鏡片加工軌跡規(guī)劃

　　UGNX3.0的五軸數(shù)控編程功能非常強(qiáng)大，常用的驅(qū)動(dòng)方法為曲線/點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方法(Curves/Point)、邊界驅(qū)動(dòng)方法(Boundary)、螺旋線驅(qū)動(dòng)方法(Spiral)、區(qū)域銑驅(qū)動(dòng)方法(Fixed_Contour)、曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法(SurfaceArea)、刀具軌跡驅(qū)動(dòng)方法(ToolPath)等。常用的刀軸控制方式有NormaltoPart(垂直于零件面)、RelativetoPart(相對(duì)于驅(qū)動(dòng)面)、Interpolate、NormaltoDrive、SwarfDrive、RelativetoDrive等。其中比較適用于鏡片加工的驅(qū)動(dòng)方法為曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方法(SurfaceArea)，刀軸控制方式為SwarfDrive。

　　根據(jù)鏡片的加工工藝，其加工軌跡的規(guī)劃主要分為兩個(gè)步驟：

　　1、鏡片粗加工軌跡規(guī)劃

　　鏡片開粗工序應(yīng)去掉多余的鏡片毛坯材料，為精加工的修圓工序做好準(zhǔn)備，使用刀具為平底立銑刀。鏡片毛坯材料為玻璃或者其他高聚物材料，性質(zhì)較為硬脆，且為了便于毛坯廢料盡早脫落，因此盡量一刀切制成型。

　　開粗的加工軌跡規(guī)劃方法為Swarf，加工驅(qū)動(dòng)幾何選擇鏡片側(cè)面�？紤]到鏡片毛坯材料的性質(zhì)，需要合理設(shè)置加工方向和進(jìn)退刀。開粗需要留一定加工余量，由修圓工序完成。

　　2、修圓加工軌跡規(guī)劃

　　修圓加工工序?qū)㈢R片邊緣修圓，使得鏡片的邊緣光滑，便于成品安裝到目標(biāo)鏡架中。一般使用刀具為R修圓刀。由于鏡片材料受熱時(shí)容易形成切削毛刺，因此在修圓加工中需一直用高壓氣體吹冷減少加工后的變形，并且不斷去除切削廢料。

　　修圓加工軌跡規(guī)劃的方法與開粗類似。需要注意的是應(yīng)該針對(duì)鏡片側(cè)面的中心線來規(guī)劃加工軌跡，這樣才能使得修圓后的鏡片側(cè)面光滑一致，達(dá)到工藝要求。