利用NX表達式功能對曲柄銷盤參數化建模與數控編程

付躍飛， 吳紅瓊， 熊永釗， 楊家軍， 王充聰

（武漢船用機械有限責任公司，武漢430084）

0 引 言

對于機械零部件的數控加工，數控編程的一般步驟為：先分析加工工藝，在CAD軟件中對零件加工前、后的形狀進行三維建模，然后在CAM軟件中編制合適的刀軌，再后處理輸出數控程序。因結構、形狀各異等原因，各零部件的三維模型一般都要單獨建立，刀軌的編制也需要單獨編制。因此，一般零部件的數控編程技術準備流程往往較繁瑣，技術準備時間較長。

對于有相似結構特征、尺寸不同的一類零部件，其三維模型的建立過程類似，在CAM軟件中編制刀軌過程中的參數設置也基本相同，即大部分數據都是可重復利用的。為提高技術準備效率，可對結構相似的零部件進行特征分組，對結構特征完全相同的零部件建立參數化的三維模型，并在此參數化模型的基礎上編制刀軌。對于不同尺寸的零部件，將尺寸參數一次性更改，然后更新模型、刀軌、再后處理即可得到所需要的數控程序，非常便捷省時。

本文針對某型調距槳產品槳轂組件中左旋曲柄盤零件，較詳細地論述基于UG NX的參數化建模基本工具——表達式功能，對零部件進行參數化建模和數控編程的基本過程。

1 零件的參數化建模

參數化建模已成為CAD軟件的一種建模標準，它通過對尺寸和參數進行驅動，快速修改設計模型，并可衍生出相同的幾何形狀及不同幾何尺寸的同類模型[1-3]。

對于UG NX軟件，表達式功能是其提供用戶實現參數化建模的一種基本工具。在UG NX中，利用表達式功能對零件進行參數化建模的一般步驟是：先分析圖樣，根據各尺寸參數提取控制參數；然后分析零件的設計意圖，合理規劃建模過程，然后建模并建立過程尺寸參數與控制參數之間的關聯關系；最后生成三維零件模板[4-5]。

1.1 零件結構特征分析

對于有相似結構特征的零部件的參數化建模，第一步可依據特征進行分類，即將結構形式完全相同的零部件歸為一類。然后對同一結構類型的零部件建立參數化的三維模型。

曲柄銷盤是調距槳槳轂組件中的一種重要部件，是一種盤狀零件，其作用是連接槳葉法蘭并將活塞的往復運動變為槳葉的轉動，實現槳葉的變距。曲柄盤的基本結構是盤狀本體的一端設計有1個或2個曲柄銷，另一端設計有與槳葉裝配的銷孔和連接螺栓孔。其中，在曲柄端，對于不同型號調距槳的曲柄盤零件，其曲柄銷底平面的形狀會因中間是否有弧形的凸起、邊緣是否有坡度面等而不同。因此，對不同的曲柄盤零件，可依據其曲柄銷的數量、曲柄銷底平面是否有弧形凸起、邊緣是否有坡度面對零件結構類型進行分組。

對于本文所述的某型調距槳的左旋曲柄盤，圖1所示為其三維示意圖，其上有兩個曲柄銷，根部為內凹圓角，曲柄銷底平面中間無凸起，周圍是均勻的回轉坡度面，是一種結構類型的曲柄銷盤。對于此類型的曲柄盤，若先建立好參數化的三維模型，并輸出參數表文件，則對于同類型不同尺寸的曲柄盤，修改參數表中的各參數值，然后導入參數化的三維模板，更新即可得到所需要的三維模型，修改與生成模型非常快捷。

圖1 某型調距槳左旋曲柄盤

2.2 零件的參數化建模過程

對于上述左旋曲柄盤零件，其參數化建模的過程如下：

圖2 曲柄盤零件圖樣尺寸示意圖

2）分析零件設計意圖，規劃建模過程，建模并建立尺寸與參數間的關聯。

由于曲柄盤零件的基本結構為盤狀的本體的一端為兩個曲柄銷，另一端為若干孔特征，則可規劃此零件的建模過程為：先通過回轉建立中間的盤狀本體結構，然后拉伸、回轉生成曲柄銷，再通過孔特征工具及陣列功能完成孔系的建模，最后生成倒圓、倒角等細節特征。其中控制參數應用在每一過程中，但主要是應用在前兩步中的旋轉、拉伸前的草圖中。具體過程如下：a. 新建模型文件，導入參數表。通過“工具”-“導入和導出表達式”導入第一步編制的Excel參數表，此時可在部件導航器中看到所有的用戶表達式，如圖3所示。b.生成零件盤狀本體。先繪制第一個草圖，在草圖中建立尺寸與控制參數間的關聯，如圖4所示。再回轉360°生成盤狀本體。

表1 曲柄盤零件參數化建模控制參數表

圖3 導入后的用戶表達式

圖4 曲柄盤零件第一個草圖中的尺寸參數關聯

c.建立曲柄銷特征。由于曲柄銷根部是內凹圓角，故根部可通過旋轉切除生成，而曲柄銷本體可先通過拉伸生成，不過其截面直徑應比曲柄銷本身直徑大，為便于尺寸關聯，可將對應草圖中的截面直徑設置為曲柄銷直徑加上2倍的根部圓角半徑，拉伸時的長度也應利用表達式以關聯控制參數。d.建立另一端的孔系。先通過孔特征工具生成銷孔和圖樣中角度起始位置的螺栓孔，然后通過陣列特征生成其他的螺栓孔。其中孔的直徑和螺栓孔的角度間距直接在孔特征對話框和陣列特征對話框中建立表達式，對于銷孔和第1個螺栓孔的位置參數，通過在應用特征工具之前繪制草圖以建立與控制參數的關聯。e.生成細節特征。最后通過倒圓、倒角功能完成剩下的倒角、中間臺階孔根部倒圓等細節特征，相關尺寸也建立與控制參數的關聯。通過以上步驟，就可生成圖1所示的曲柄盤零件的參數化模型。

3 基于參數化模型編制加工刀軌

由于曲柄盤零件螺孔端，加工內容主要是車削外圓、內孔，然后鉆孔、銑孔、鏜孔，比較簡單，下面較具體地描述基于參數化的模型，編制在臥式車銑加工中心上半精加工、精加工零件曲柄端的數控程序。

加工前，零件螺孔端已加工到位，曲柄端余量分布為：兩個曲柄頂面及底平面均有2 mm余量，曲柄外圓單邊3 mm 余量，曲柄銷根部為R8相切過渡圓角，曲柄底平面外邊緣的坡度面及中間的臺階孔均未加工。

圖5 零件曲柄端半精加工、精加工前的狀態

表2 曲柄盤零件曲柄端半精加工、精加工內容與順序

待加工內容的加工順序如表2所示。按通常的刀路軌跡編制方法，利用UG NX中合適的加工模塊，在上述的參數化模型的基礎上編制各工步的刀路軌跡。其中部分工步可能要建立一些輔助面或中間工序模型，此時可在尺寸到位的參數化模型基礎上得到，但注意要應用表達式建立與尺寸到位模型的關聯。各個刀路軌跡如圖6所示。

圖6 參數化模板上生成的加工刀路軌跡

4 利用參數化模型及刀軌輸出不同規格零件的程序

有了上述參數化的模型及刀軌，對于同結構、不同規格尺寸的曲柄盤零件，就可以利用參數化的模板快捷地輸出所需要的數控程序，而不需要執行繁瑣的建模和刀路軌跡編制操作。其具體過程如下：1）修改參數表。根據新零件的實際尺寸值（包括公差值）修改各控制參數的表達式，并保存文件。2）導入更改后的參數表，更新三維模型。通過“工具”-“導入和導出表達式”選項導入更改后的參數表，注意勾選上“替代現有表達式”，確定后，軟件就會根據新的參數值更新三維模型。3）更新刀路軌跡。進入“加工”模塊，將各操作的軌跡都重新生成，即為需要得到的刀路軌跡。其中，若加工尺寸規則發生變化，先將刀具參數修改再重新生成刀路軌跡即可。4）后處理輸出數控程序。選擇合適的后處理器，將重新生成后的刀路軌跡后處理，即可得到所需要的數控程序。

對于數控加工中其他類型的零部件的編程，若遇到結構特征相同、尺寸規范不同且數量較多的零部件，則也可采用上述思路，運用UG NX的表達式功能對同類型的零部件進行參數化建模，并在此參數化模板的基礎上編制加工刀路軌跡。這樣就可以方便其他尺寸規格的零部件的數控加工程序輸出，且整個實現過程較簡單。

5 結 論

1）UG NX的表達式功能是其實現參數化建模的一個基本工具，利用它可以很方便快捷地完成對一般具有相同結構特征的一類零部件的參數化模型的建立，且執行過程較簡單；2）在參數化模型的基礎上，通過修改參數表并導入和更新操作，可快速地生成具有不同尺寸規格的零部件的三維模型；3）對于同結構特征的一類零部件的數控編程，通過在參數化的三維模板上編制加工刀軌，然后通過修改參數表的方式更新三維模型，再更新加工刀軌，就可快捷地輸出所需要的數控加工程序。