基于UG/NX的非球面镜片五轴数控编程技术

　　针对非球面镜片曲面的特性，制定镜片加工工艺，基于UGNX3.0规划了底模和镜片的加工轨迹。其中使用型腔铣规划了木底模的粗加工轨迹，固定轮廓铣规划木底模精加工轨迹，Swarf方式规划镜片的粗、精加工轨迹。

　　一、镜片加工五坐标数控加工中心

　　一般说来，五坐标数控加工中心由三个平动轴和两个转动轴构成。根据运动轴配置的不同，五坐标数控加工中心可分为三种基本类型：

　　1)刀具双摆动即两个回转轴都作用于刀具上。

　　2)工作台双回转即两个回转轴都作用于工件上。

　　3)刀具和工作台分别回转即两个回转轴分别作用在刀具和工作台上。

　　为了保证加工的刚度，本文选用工作台双回转类型的五坐标加工中心，即有X、Y、Z三个平动轴和A、C两个作用在工作台上的转动轴。

　　镜片的生产批量一般比较大，因此加工效率尤为重要，自动换刀功能必不可少。根据加工中使用刀具的数量，建议换刀位不少于5个。

　　二、镜片加工装夹

　　目前镜片加工的装夹方式主要有两种：1)机夹式;2)空吸式。机夹式夹紧较为牢固，但是易存在装夹变形的缺陷。空吸式夹紧相对比较平稳，只要空吸力足够，可以很好的完成夹紧任务。为使得装夹更为稳固，也可同时采用两种装夹。

　　三、底模数控加工轨迹规划

　　底模的包括木模和橡胶模两部分。

　　1、木模加工轨迹规划

　　由木模的形状可知，其加工轨迹可以用三轴方式来规划。木模毛坯为木浆胶合而成，质地较为柔软，因此加工进给速度和主轴转速可以较高，可分别设为1000mm/min和20000r/min。

　　一般说来，粗加工加工策略为型腔铣(CAVITY_MILL)，采用往复式加工来提高加工效率，加工的逐层渐进高度为1mm，生成的加工轨迹。

　　精加工策略为固定轴轮廓铣(FIXED_CONTOUR)，选定上表面为驱动几何(DriveGeometry)，一般设定残余高度为0.02mm。

　　经过轨迹转换为NC代码后，对木模进行实加工。

　　2、橡胶模加工轨迹规划

　　由于橡胶模是与镜片毛坯直接接触的材料，因此橡胶模上表面必须与镜片毛坯地面良好的贴合，这样才能保证足够的夹紧力，使得镜片加工过程稳定。橡胶模的加工工艺为：先将橡胶模粘合在加工好的木模表面上，加工出需要的橡胶模内外轮廓，然后将橡胶模上表面按照镜片毛坯底面的形状光顺一次(残余高度一般为0.01mm)，确保镜片毛坯和橡胶模紧密贴合。

　　橡胶模粘合到木模上后，变形成为一个非球面，因此内外圈的加工轨迹不能用三轴方式规划，必须采用五轴加工方式规划加工轨迹。橡胶模的内外圈侧面都是直纹面，理论上可一次加工成型。

　　考虑到橡胶材料的特性，一次成型容易造成内外圈材料撕扯，会导致加工镜片时夹紧不够，本文采用三次加工完成外圈的加工。因此还是分为若干次走刀加工成型。UGNX3.0中提供了大量的多轴加工轨迹规划方法，其中Swarf方式主要用于直纹面的轨迹规划。

　　橡胶模内外圈加工后还需要使用固定轴轮廓铣对其表面进行光顺，这样才能使得镜片加工时镜片和橡胶模之间的空隙较小、夹紧足够稳定。

　　经过轨迹转换为NC代码后，对橡胶模进行实加工。

　　四、镜片加工轨迹规划

　　UGNX3.0的五轴数控编程功能非常强大，常用的驱动方法为曲线/点驱动方法(Curves/Point)、边界驱动方法(Boundary)、螺旋线驱动方法(Spiral)、区域铣驱动方法(Fixed_Contour)、曲面区域驱动方法(SurfaceArea)、刀具轨迹驱动方法(ToolPath)等。常用的刀轴控制方式有NormaltoPart(垂直于零件面)、RelativetoPart(相对于驱动面)、Interpolate、NormaltoDrive、SwarfDrive、RelativetoDrive等。其中比较适用于镜片加工的驱动方法为曲面区域驱动方法(SurfaceArea)，刀轴控制方式为SwarfDrive。

　　根据镜片的加工工艺，其加工轨迹的规划主要分为两个步骤：

　　1、镜片粗加工轨迹规划

　　镜片开粗工序应去掉多余的镜片毛坯材料，为精加工的修圆工序做好准备，使用刀具为平底立铣刀。镜片毛坯材料为玻璃或者其他高聚物材料，性质较为硬脆，且为了便于毛坯废料尽早脱落，因此尽量一刀切制成型。

　　开粗的加工轨迹规划方法为Swarf，加工驱动几何选择镜片侧面。考虑到镜片毛坯材料的性质，需要合理设置加工方向和进退刀。开粗需要留一定加工余量，由修圆工序完成。

　　2、修圆加工轨迹规划

　　修圆加工工序将镜片边缘修圆，使得镜片的边缘光滑，便于成品安装到目标镜架中。一般使用刀具为R修圆刀。由于镜片材料受热时容易形成切削毛刺，因此在修圆加工中需一直用高压气体吹冷减少加工后的变形，并且不断去除切削废料。

　　修圆加工轨迹规划的方法与开粗类似。需要注意的是应该针对镜片侧面的中心线来规划加工轨迹，这样才能使得修圆后的镜片侧面光滑一致，达到工艺要求。