UG在凸輪槽四軸編程中的應用

撰文/楊坤Yang Kun

■246003 安慶職業技術學院機電工程系 安徽 安慶

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UG在凸輪槽四軸編程中的應用

撰文/楊坤Yang Kun

■246003 安慶職業技術學院機電工程系 安徽 安慶

摘要：在利用UG對典型凸輪槽進行四軸編程過程中，采用不同的建模方法和編程方法，會對加工刀軌的精度產生很大的影響。筆者對目前常用的幾種方案進行了詳細的分析，試圖找出將編程誤差降到最小的方案，為進一步的提高凸輪槽的加工精度打下基礎。關鍵詞：凸輪槽；UG；四軸編程

在通常的四軸加工領域，利用UG對凸輪槽進行編程是非常常見的工藝方案，在實際加工中有著很多的應用。然而，這種方案中不可忽視的負面因素是：采用不同的建模方法和編程方法，會對加工刀軌的精度產生很大的影響，能否消除這些誤差成為了加工合格凸輪槽產品的關鍵。本文將用以下模型為基礎（見圖1），詳細闡述誤差產生的原因及應對措施［1］。

圖1　凸輪槽模型

圖2　等直徑刀具精加工刀軌

凸輪槽的編程方案及誤差分析

a等直徑刀具一刀成型

在凸輪槽精度要求不高的情況下，應優先采用這種編程加工方案，效率高。更為重要的是，這是在UG軟件中唯一可以完全消除誤差的編程方法。這種方法主要是利用小刀具沿中心線走刀，留出精加工余量；然后使用Φ22mm的刀具一刀成型。其具體步驟如下：

①小直徑刀具粗加工

根據本文模型分析，首先選用Φ12mm立銑刀進行凸輪槽的粗加工。在UG編程中，選用的加工方法是可變軸輪廓銑：驅動方法選擇“曲線/邊”、刀軸選擇“遠離直線”。此步驟最重要的便是如何構造刀具中心軌跡，即“曲線/邊”。以凸輪槽的兩側曲面為基準，各往槽內方向偏置出兩個曲面，偏置距離為6.5mm（沿凸輪槽周邊留精加工余量0.5mm），以此兩個曲面為輪廓構造刀具中心軌跡，即可完成粗加工編程［2］。②等直徑刀具完成精加工粗加工完成后，選用一把與凸輪槽尺寸相等的刀具（Φ22mm）一刀完成精加工。該方案效率高，不會產生誤差。在UG編程中，選用的方法是可變軸輪廓銑：驅動方法依然選擇“曲線/邊”、刀軸選擇“遠離直線”。其中以凸輪槽的中心曲面為“曲線/邊”，完成精加工（見圖2）。

用這種加工方法雖然效率高，并且無誤差產生。但是在實際的生產加工中并不經常使用，原因是凸輪屬于核心傳動部件，凸輪槽側壁精度要求較高，一刀成型無法滿足工件表面質量。因此在精加工中，最常見的還是利用小直徑刀具去加工凸輪槽的側壁，以便滿足精度要求。

b小直徑刀具加工凸輪槽

在利用小直徑刀具加工凸輪槽的過程中，粗加工采用的加工方式與等直徑一刀成型相同。粗加工完成后，凸輪槽側壁留0.5mm的精加工余量。在精加工工序中，本文將比較幾種常用的編程方法，因為不同的編程方法所產生的誤差大小不同。通過這種比較，試圖找出一種在凸輪槽四軸編程中誤差產生最小的編程方案。

①采用可變軸輪廓銑進行精加工

該方案為小刀具精加工時最簡單的編程方法。將凸輪槽的兩側曲面向槽內方向各偏置6mm，做為精加工刀具中心軌跡（刀具直徑為12mm）。在UG編程中，采用可變軸輪廓銑：驅動方法選擇“曲面”、刀軸選擇“遠離直線”。在“曲面”參數設置中，選擇“對中”即可［3］（見圖3）。

圖3　小刀具可變軸輪廓銑精加工刀軌

這種方案看似合理，其實在實際生產加工中無法使用，原因是此凸輪槽會產生很大的誤差。本文利用UG軟件中的測量功能，仔細的測量了上述刀軌的尺寸，發現該刀軌在凸輪槽的外表面上尺寸合理，沒有誤差產生。但是在凸輪槽的槽底圓柱面上卻產生了很大的誤差（見圖4）。究其原因是：凸輪的草圖軌跡在纏繞到圓柱體表面上時，無論是兩端的圓弧，還是中間的直線都會發生一定程度的扭曲變形。越是在陡峭的地方，這種變形就越顯著。由于采用的是四軸編程，只能有一個旋轉軸。而刀軸選擇的又是“遠離直線”。于是越是遠離那條直線的部分，變形越小。因此就會出現在凸輪槽的槽底誤差很大，而在凸輪槽的外表面沒有誤差的現象。要想完全消除這種誤差，只有在五軸機床上可以實現。但是目前在實際凸輪槽加工領域，通常還是以四軸加工為主。綜上所述，在利用UG軟件進行凸輪槽的四軸編程，我們只能減少這種誤差，卻無法完全消除它。要想減少這種誤差的產生，就不能采用可變軸輪廓銑這種編程方案。

圖4　凸輪槽槽底面的尺寸

②采用順序銑進行精加工

圖5　順序銑精加工的刀軌

在UG多軸編程中，順序銑這種工序方法是相對比較繁瑣的，容易出錯。在通常情況下，使用頻率很低。但是在本文案例中，該編程方法是十分有效的。順序銑的特點是編程人員可以最大化的定制刀軌的走向，來達到精確控制刀軌，以減小誤差的產生。在UG的自動編程模塊中，順序銑是最接近于“手工編程”的一種方法。其形成的刀軌圖如圖5所示。

利用順序銑進行凸輪槽的精加工編程是比較困難的，但是卻能夠很好的減少誤差的產生，為加工精度高的凸輪槽提供了技術保障。其測量結果如下（見圖6）：

圖6　凸輪槽槽底面的尺寸

結論

本文詳細分析了利用UG軟件進行凸輪槽四軸編程過程中所產生的誤差來源以及消除或減少其誤差的各種方法。提出一種相對行之有效的編程方案，即是：首先使用可變軸輪廓銑方法進行凸輪槽的粗加工，其驅動方法可以選擇“曲線/邊”，或者“曲面”。根據驅動方法的不同，構造相應的輔助面做為刀具中心軌跡的依據。其次，使用順序銑方法進行凸輪槽的精加工，合理構造輔助面用于設置順序銑的各種參數，在驗證刀軌時，必須對刀具中心和凸輪槽槽底面的距離進行測量，根據測量結果適時優化刀路，將誤差減到最小。

參考：

［1］于復曾，賈秀杰.內外球面上等分弧槽加工精度分析［J］.機械工藝師，1990（8）：10-11

［2］孫祎.空間圓柱凸輪槽的數控加工及編程實例［J］.科技資訊，2013（25）：11-11

［3］劉德福，潘晉平，周賢.圓柱凸輪數控加工的幾個關鍵問題［J］.機械傳動，2003，27（3）：53-55

The Research on Application of UG in the Four-axis Programming of the Cam Groove

■Anqing Vocational and Technical College， Anqing 246003， China

Abstract：Using different methods of modeling and programming has a great influence on the precision of machining tool path in the process of the the four-axis programming of the typical cam groove utilizing UG. The author gives a detailed analysis of several frequently-used schemes and try to find out the solution to minimize programming error in order to lay the foundation for further improvement of machining precision of the cam path. key words；cam groove；UG；the four-axis programmin