基于UG的變螺距螺旋槽建模及數(shù)控加工編程

林玉泉

摘 ?要：文中闡述了用UG的參數(shù)公式方法進(jìn)行變螺距螺旋槽零件的立體建模，并應(yīng)用UG軟件自動(dòng)編程方法編制螺距螺旋槽零件在四軸加工中心機(jī)床上的加工程序，比較分析了各種切削參數(shù)設(shè)定和加工工藝方法運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：UG;建模;四軸加工;后處理

在機(jī)械設(shè)備及其零部件中，變螺距螺旋槽類零件十分常見，尤其在現(xiàn)代紡織傳送機(jī)構(gòu)中，變螺距螺旋槽能夠起到改變傳送速度和力矩的作用，如在化纖加彈機(jī)、倒筒機(jī)、絡(luò)筒機(jī)、并紗機(jī)和包覆絲機(jī)等;變螺距螺旋槽零件加工品質(zhì)的好壞嚴(yán)重影響著其在機(jī)械結(jié)構(gòu)中所起的作用，因此對(duì)其加工尺寸精度、形狀穩(wěn)定性以及表面加工質(zhì)量都有較高的要求;許多數(shù)控技術(shù)人員剛開始使用四軸機(jī)床加工變螺距螺旋槽時(shí)未能正確進(jìn)行變螺距螺旋槽的參數(shù)化幾何模型創(chuàng)建及選用合理的加工方法，造成加工失誤或加工效率低下等現(xiàn)象。用UG參數(shù)公式方法進(jìn)行變螺距螺旋槽幾何建模具有快捷精確的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確快速地進(jìn)行加工，具體過程詳細(xì)論述如下：

一、變螺距螺旋槽的參數(shù)化幾何模型創(chuàng)建

UG的功能模塊中具有專門針對(duì)變螺距螺旋槽形狀的建模和加工方法。在UG中繪制普通的圓柱螺旋線及半徑規(guī)律變化的螺旋線（如阿基米德螺旋線等），可以直接用“螺旋線”命令進(jìn)行繪制，但該命令不能繪制變螺距螺旋線。繪制變螺距螺旋形狀，必須用參數(shù)公式繪制變螺距螺旋線，變螺距螺旋槽是以變螺距螺旋線為導(dǎo)向線形成的掃掠特征，在UG8.0中，變螺距螺旋線的形狀由起始圈螺距、終止圈螺距、螺旋線圈數(shù)和螺旋線半徑四個(gè)參數(shù)所組成;用參數(shù)公式法可表達(dá)如下：

Start_pitch=10 ? ? ? ?/起始圈螺距

End_pitch=60 ? ? ? ? /終止圈螺距

Turns=6 ? ? ? ? ? ? ?/螺旋線圈數(shù)

R=25 ? ? ? ? ? ? ? ? /螺旋線半徑

mean_pitch=（Start_pitch+End_pitch）/2 ? /平均螺距

height=Turns*mean_pitch ? ? ? ? ? ? /螺旋線高度

t=0 ? ? ? ? ? /系統(tǒng)變量（0變化到1）

xt=R*cos（360*Turns*t） ? ?/X規(guī)律

yt=R*sin（360*Turns*t） ? ?/Y規(guī)律

x=t*height

x1=0

x2=mean_pitch

x3=height-mean_pitch

x4=height

z1=0

z2=Start_pitch

z3=height-End_pitch

z4=height

zt1=（（（x-x2）*（x-x3）*（x-x4）/（（x1-x2）*（x1-x3）*（x1-x4））））*z1

zt2=（（（x-x1）*（x-x3）*（x-x4）/（（x2-x1）*（x2-x3）*（x2-x4））））*z2

zt3=（（（x-x1）*（x-x2）*（x-x4）/（（x3-x1）*（x3-x2）*（x3-x4））））*z3

zt4=（（（x-x1）*（x-x2）*（x-x3）/（（x4-x1）*（x4-x2）*（x4-x3））））*z4

zt=zt1+zt2+zt3+zt4

將該文件的exp格式文件從UG的“工具”→“表達(dá)式”中導(dǎo)入。再用“規(guī)律曲線”中的“根據(jù)方程”方法即得到所求變螺距螺旋線，如圖1：

圖1 ?由參數(shù)公式生成的變螺距螺旋線

得到變螺距螺旋線后，再運(yùn)用“掃描”命令，最后通過“求和”命令，從而得到變螺距螺旋槽零件建模圖（如圖2）。

圖2 ?變螺距螺旋槽零件建模圖

二、UG中變螺距螺旋槽的四軸數(shù)控加工方法

（一）加工環(huán)境設(shè)置。UG加工環(huán)境是指我們進(jìn)入U(xiǎn)G的制造模塊后進(jìn)行編程作業(yè)的軟件環(huán)境。UG 的CAM功能可以為數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控電火花線切削機(jī)編制加工程序，其中數(shù)控銑削模塊中又分為平面銑、型腔銑和固定軸曲面輪廓銑等不同的加工類型。針對(duì)變螺距螺旋槽的幾何形狀特點(diǎn)，其中的可變輪廓曲面銑即是UG針對(duì)于變螺距螺旋槽的幾何形狀特點(diǎn)而設(shè)置的加工環(huán)境模塊。針對(duì)此圖中于較深的變螺距螺旋槽形狀，UG可變輪廓銑削可以使用多個(gè)深度設(shè)置方法進(jìn)行分層銑削，便于編程者合理設(shè)置切削參數(shù)。

圖3 ?可變軸曲面輪廓銑

（二）坐標(biāo)系設(shè)定。在確定了加工對(duì)象后UG可以讓我們很方便地選擇工件坐標(biāo)系，此時(shí)需要注意安全設(shè)置選項(xiàng)中的安全距離設(shè)置;如圖4和圖5所示，如果參考CSYS坐標(biāo)系不合理，可以通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)選擇正確的坐標(biāo)系。我們選擇起始圈螺距的起始點(diǎn)作為編程原點(diǎn)，同時(shí)選擇好驅(qū)動(dòng)面后注意切削方向和材料方向。

圖4 ?加工坐標(biāo)系設(shè)定

圖 5 ?加工坐標(biāo)系設(shè)定

三、程序編制過程：

（一）加工參數(shù)的設(shè)置。操作參數(shù)的設(shè)定是UG CAM編程中最主要的工作內(nèi)容，在對(duì)話框中需設(shè)定加工幾何對(duì)象、切削參數(shù)、控制選項(xiàng)等參數(shù)，還有一些選項(xiàng)需要通過二級(jí)對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。具體有以下幾方面：

1、加工對(duì)象的定義：選擇加工幾何體、檢查幾何體、毛坯幾何體、邊界幾何體、區(qū)域幾何體、底面幾何體等。

2、加工參數(shù)的設(shè)置：包括走刀方式的設(shè)定，切削行距、切深的設(shè)置，加工余量的設(shè)置，進(jìn)退刀方式設(shè)置等。

3、工藝參數(shù)設(shè)置：包括角控制、避讓控制、機(jī)床控制、進(jìn)給率設(shè)定等。

圖 6 ?切削步進(jìn)參數(shù)設(shè)置

變螺距螺旋槽加工中進(jìn)給和速度參數(shù)設(shè)置如下：

圖7 ?非切削移動(dòng)參數(shù)設(shè)定

選擇側(cè)曲面作為應(yīng)用驅(qū)動(dòng)幾何體，指定驅(qū)動(dòng)幾何體，選擇變螺距螺旋槽側(cè)壁軸面圓柱面為限制面，指定切削區(qū)域，加工起點(diǎn)和終點(diǎn)如下圖設(shè)置：

圖 8 ?曲面加工起點(diǎn)設(shè)定

加工投影矢量設(shè)置為“刀軸”， 刀軸設(shè)置為“遠(yuǎn)離直線” 點(diǎn)擊編輯參數(shù)→點(diǎn)和矢量，見下圖：

圖 9 ?刀軸控制設(shè)定

（二）加工刀路的生成。經(jīng)過這些設(shè)置后，生成刀軌如下圖：

圖10 ?刀路軌跡

（三）另一側(cè)面的變螺距螺旋壁曲面加工。通過UG/WAVE模塊的曲面復(fù)制方法，復(fù)制修改驅(qū)動(dòng)幾何體。如圖11和圖12：

圖11 ?UG/WAVE模塊的曲面復(fù)制

圖 12 ?另一側(cè)變螺距螺旋壁

再生成另一側(cè)的刀軌，如圖12通過“后處理”命令，選擇與機(jī)床相應(yīng)的處理器，即可生成G代碼。使用四軸加工，通過工作臺(tái)A軸的旋轉(zhuǎn)，刀路可以順利生成。

圖13 ?另一側(cè)變螺距螺旋壁

四、后處理及四軸加工程序生成

四軸機(jī)床比三軸機(jī)床多了旋轉(zhuǎn)軸，因此四軸機(jī)床的加工坐標(biāo)系是四維坐標(biāo)系。產(chǎn)生四軸加工程序需要使用UG/Post

Builder為四軸機(jī)床建造一個(gè)后處理，在完成了機(jī)床的控制系統(tǒng)種類選擇后，根據(jù)變螺距螺旋槽加工需要分析機(jī)床結(jié)構(gòu)，變螺距螺旋槽建模成型時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸為Y軸，其旋轉(zhuǎn)平面為ZX平面;在如圖14和15頁面中，設(shè)定第四軸選擇平面設(shè)為ZX，轉(zhuǎn)軸字頭按照機(jī)床系統(tǒng)設(shè)為A，公差為0.001，最小旋轉(zhuǎn)角度為0.001，最大角度進(jìn)給為1500，轉(zhuǎn)軸方向?yàn)镹ormal-符合左手定則，轉(zhuǎn)軸行程限制可設(shè)為-9999-9999;其余參數(shù)保持原有的三軸加工機(jī)床默認(rèn)值，不作修改。

（一）UG/CAM 后置處理原理圖

（二）UG/CAM作后置處理的方法。（1）在 Manufacturing

Operation Manager里 通過 Export生成 ?CLSF 文件。（2）Tool

Box CLSF ?進(jìn)入 ?CSLF Manager。（3）選 Postprocess ?進(jìn)入數(shù)控后處理菜單 NC Postprocessing。（4）指定機(jī)床數(shù)據(jù)文件 MDFA

Specify。（5）設(shè)置 ?NC Output ? 成為 ? File 。（6）指定 輸出的NC文件名 ? Output ?File。（7）Postprocess后處理，生成 NC 代碼 ?*.

Ptp 文件。

（三）設(shè)置與四軸機(jī)床數(shù)據(jù)匹配的MDFA文件

圖14 ?建立四軸后處理

圖15 ?機(jī)床第四軸參數(shù)

至此四軸機(jī)床的后處理參數(shù)設(shè)定已經(jīng)基本完成，保存并使用這個(gè)后處理，那么生成的NC程序只需修該程序頭的格式就可以在機(jī)床上使用了。因此，充分地利用好UG軟件的可變輪廓銑削方法可以快捷地加工變螺距螺旋槽，迅速準(zhǔn)確完成變距螺旋槽零件的加工。

五、結(jié)束語

本文通過利用UG軟件對(duì)變螺距螺旋槽的建模，運(yùn)用仿真加工，結(jié)合四軸機(jī)床的后處理參數(shù)完成加工。在實(shí)際應(yīng)用中，可以縮減程序編制與調(diào)試的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，還可以節(jié)省加工設(shè)備和現(xiàn)實(shí)資源的消耗，對(duì)企業(yè)有較好的借鑒意義。

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