基于UG的拉刀工裝參數化三維模型建立

王騰嶠 司偉 劉俊平 高明明

摘 要：在袖珍型型面精拉刀工裝的設計中，容屑系數與拉刀強度二者是對立統一的兩個參數，如何做到協調一致，依靠單一的二維設計是需要相當復雜的計算。同時，隨著先進加工技術的不斷應用，拉刀工裝數控化全程無干預制造技術逐漸引起更多的關注。基于UG的拉刀工裝參數化三維模型建立，不僅為拉刀受力分析提供了模型支持，還為拉刀數控化制造提供了模型基礎。

關鍵詞：UG；拉刀；參數；三維模型

中圖分類號：TG715 文獻標志碼：A

0 引言

隨著航空發動機新機的不斷研制，盤類零件榫槽結構差異性越來越大，部分零件的榫槽結構有向袖珍型發展的趨勢。伴隨著高速拉床在航空發動機輪盤榫槽加工中的應用，拉刀工裝的工作條件日趨惡劣。這對拉刀工裝的設計有了更加嚴苛的要求，同時，也推動了拉刀工裝三維模型建立的發展進程。研究拉刀工裝的UG參數化三維模型建立過程，明確拉刀各參數間的相互關系，為保證拉刀強度提供模型支持，為拉刀數控化全程無干預制造技術提供模型基礎。因此，采用UG對拉刀工裝進行了參數化三維模型建立。

運用UG，對拉刀工裝進行參數化三維模型建立，可用于分析拉刀強度，也可用于拉刀數控化制造。

1 拉刀型面草圖建立

步驟一：打開UG軟件，新建模型文件；

步驟二：點擊“插入”按鈕，選擇“任務環境中的草圖”；在草圖環境中，按照航空發動機輪盤零件的榫槽理論尺寸繪制截線，根據輪廓形位公差偏置截線，獲得輪盤榫槽的最小實體尺寸線。由于被加工零件材料為高溫合金，其拉削回彈量較小，故在拉刀設計時，以最小實體尺寸作為型面精拉刀定型齒尺寸。

結合拉床結構特點，繪制拉刀刀體截線，本文以HOFFMAN拉床為研究對象，其刀體尺寸為30mm×25mm，左側為壓緊槽，右側為空刀槽，利用尺寸約束和幾何約束保證截線完全約束，進而建立拉刀型面草圖，如圖1所示。

2 拉刀刀長及輔助特征的建立

步驟一：利用“拉伸”命令，根據初始給定齒距T，齒數n，計算刀長L=T×n，向上取5的倍數，選取截線拉伸，得到拉刀刀長三維模型；

步驟二：利用“倒角”命令，將刀體底面四棱面倒1×45°倒角；

步驟三：利用“孔”命令，在拉刀空刀面打懸掛孔Φ6孔，利用尺寸約束控制圓心位置。

3 拉刀前角溝槽的建立

步驟一：在拉刀型面草圖中，建立初始拉刀前角溝槽方向直線，利用幾何約束與角度約束，保證直線與截線相切，初始角度與榫槽理論截線工作線一致，如圖1所示。

步驟二：點擊“插入”按鈕，選擇“任務環境中的草圖”。在“草圖平面”中選擇“創建平面”，選擇步驟一中建立的直線，默認垂直該直線建立平面，在“草圖原點”中“指定點”選擇“交點”，選擇直線與型面截線，點擊“確定”，進入草圖環境界面。

步驟三：在草圖環境中建立拉刀前角溝槽截線。利用尺寸約束，控制前角角度、齒背角度、齒深，并模擬前角溝槽拉刀磨精加工砂輪截面，約束砂輪半徑，進而建立出拉刀前角溝槽截線。

步驟四：模擬拉刀前角溝槽拉刀磨精加工路徑。利用“拉伸”命令，根據初始給定拉伸長度，選取拉刀前角溝槽截線，得到拉伸體；利用“投影曲線”命令，將拉刀前角溝槽截線投影在拉伸體端面，再利用“回轉”命令，根據初始回轉角度，選取投影后截線，與拉伸體求和。即可得到拉刀前角溝槽拉刀磨精加工路徑三維體；

步驟五：拉刀所有前角溝槽拉刀磨精加工路徑的建立。利用“鏡像特征”命令，將步驟四中建立的三維體對于刀體中心面鏡像，得到兩側拉刀前角溝槽拉刀磨精加工路徑三維體；在“插入”—“關聯復制”中選擇“生成實例幾何特征”，在“類型”中選擇“平移”，“選擇對象”點擊選取兩側三維體，“制定矢量”選取平移方向，在“距離”中輸入齒距T，“副本數”中輸入齒數n，點擊“確定”，即得到拉刀所有前角溝槽拉刀磨精加工路徑三維體；

步驟六：拉刀前角溝槽的建立。利用“求差”命令，在“目標選擇體”中選擇拉刀刀長三維體，在“刀具選擇體”中選擇步驟五生成的所有拉刀前角溝槽拉刀磨精加工加工路徑三維體，點擊“確定”。進而建立了拉刀前角溝槽，最終生成拉刀UG參數化三維模型，如圖2所示。

4 拉刀UG參數化三維模型的改變

通過調整榫槽理論截線與輪廓形位公差，調整拉刀型面截線；通過調整拉刀前角溝槽方向直線調整拉刀前角溝槽角度；通過調整前角溝槽截線參數，包括齒深、前角角度、齒背角度，調整前角溝槽角度；通過調整 “生成實例幾何特征”中“距離”與“副本數”，調整拉刀齒距與齒數，注意同步調整拉刀刀長三維模型。這樣就通過拉刀參數的改變同步做到三維模型的改變。

結語

本文主要研究了拉刀工裝基于UG的參數化三維模型的建立過程，以HOFFMAN拉床為研究對象，以某型號航空發動機渦輪盤榫槽加工用拉刀為研究載體，完成了基于UG的拉刀工裝參數三維模型建立。旨在通過模型的建立，為拉削過程中拉刀的受力分析提供模型支持，也為工廠拉刀數控化全程無干預制造提供模型基礎。

參考文獻

[1]高翔.航空發動機渦輪盤榫槽拉刀快速設計系統研究與開發[D].南京：南京航空航天大學，2016.

[2]黃翔，李迎光.UG應用開發教程與實例精解[M].北京：機械工業出版社，2008：5-8.