UG在圆柱凸轮加工中的应用

UG在圆柱凸轮加工中的应用####（********）【摘要】以现有实际零件为例介绍了基于UG的圆柱凸轮建模方法，并运用UG/CAM模块对圆柱凸轮的加工程序编制作了详细的阐述，为此类需要三轴以上的零件的加工提供了参考依据。关键词：UG；圆柱凸轮；数控加工【Abstract】ThearticletakescylindricalcamwithrectilineartranslatingfollowerasanexampletointroducethemethodofthecylindricalcamparametricmodellingbasedonUG，throughmotionsimulationtoanalyzeandverifytheresultsofmodelling，anduseUG/CAMmoduleforthetoolpathofcylindricalcammachiningtosimulate，whichprovidesareferenceforthedesignandnemercialcontrolmachiningofthespatialcammechanism.Keywords：UG；Cylindricalcam；NCmachining一、引言在常见机构中，经常会应用圆柱凸轮来实现某种工艺动作，圆柱凸轮因其具有体积小、结构紧凑、传递扭矩大和转速高等优点,使其在包装农业机械、纺织、轻工、食品及制药等自动化机械中得到广泛应用。圆柱凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上并绕其轴线旋转，据此，可利用UG的造型命令来完成圆柱凸轮的建模，利用加工模块完成加工刀路的生成并最终生成加工程序。Unigraphics(简称UG)是一种通用的、功能强大的CAD/CAE/CAM一体化机械工程计算机软件。通过该软件可以实现各种零件的实体造型、曲面造型、自由装配、工程图生成、数控加工、运动分析、有限元分析等设计功能。本文以现实零件为例，详细阐述了基于UG的圆柱凸轮三维模型构建及数控加工。二、基于UG的三维建模对于圆柱凸轮的造型，其关键是建立凸轮在圆柱表面按理论轮廓曲线轨迹建立的凹槽。根据滚子的运动规律可知，此凹槽必须等宽且底部形成的面为标准圆柱。在建模时，先利用UG的“圆柱”功能建出符合设计意图的圆柱体，同时利用“拉伸”或者“孔”功能得出轴孔。由于设计已给出轮廓曲线的参数方程，在此利用UG的“规律曲线”功能，构建出规律曲线，再以规律曲线的任一法向截面为草图平面画出凹槽的截面形状。利用“沿导线扫掠”功能同时执行“布尔求差”即可得到如图1所示的三维实体。需要注意的是在建立草图平面时，一定要是规律曲线的法向截面，否则扫掠出来的形状可能是扭曲的。图1圆柱凸轮三维实体模型三、数控加工工艺设计圆柱凸轮加工一般采用范成法,即根据圆柱凸轮和从动件(滚子)的相互运动关系,将滚子代以相同形状和尺寸的刀具,以数控的形式模仿两者之间实际工作时的相对运动关系,从而加工出符合设计要求的圆柱凸轮。但此凸轮的截面带有凹槽及台阶（如图2所示），并且很难找到相配匹的刀具。所以还是需要采用比槽宽小的立铣刀进行加工。图2凸轮凹槽截面形状基于圆柱凸轮在加工原理方面的特殊要求，需选用三轴以上的可变轴铣削加工。如本文中凸轮的加工就采用四轴铣加工，结合本公司的设备，我们选用了DMU160P加工此零件。根据上述加工工艺的分析，决定采用Ф20的立铣刀从中部进行粗加工，因为底部20宽的槽为非使用面，可以直接加工成型。然后用Ф16的立铣刀对上、下侧壁进行半精加工、精加工。由于上侧壁靠内侧为凹面，所以将精加工此段的立铣刀修磨成T形刀，再采用合适的程序即可完成对此零件的加工。四、数控加工程序编制下面就根据加工工艺的思路在UG里进行刀路的设计。首先，从UG的开始菜单处进入加工环境，打开创建操作，如图3所示将操作类型选为“可变轴轮廓铣”，刀具选择Ф24.3立铣刀。进入可变轴轮廓铣后如图4所示在“指定部件”处将侧壁设为部件，将刀轴设为远离直线（直线选择圆柱体的轴线），将驱动方法设为“曲面区域”。在驱动方法对话框中（如图5）将作为部件的侧壁作为驱动几何体，刀具位置设为“相切”,切削模式为“螺旋”，在步距中设定分层铣的层数。在非切削移中将进刀类型设为插铣，退刀类型设为与进刀一致。再设置完其它参数后即可生成如图6所示的粗加工刀路。在此需要注意的是，程序中选用的刀具为Ф24.3立铣刀，但实际加工时用的是Ф20的立铣刀，加工完成后单边将留有2.15的加工余量，既通过在刀路设计时使用假刀具直径，便可得到想要的加工余量。同时在精加工时也可以根据准确测得的刀具直径来设计刀路，以便得到更精准的尺寸精度。使用相同的策略，设计出第二层的粗加工刀路。最后一层时，只需将刀具改为Ф20立铣刀即可。（a）(b)(c)图4参数设置图5粗加工刀路半精加工、精加工刀路的设计与粗加工类似，所不同的是需根据不同的余量要求更改刀具直径，在非切削移动中将进刀类型设为圆弧，设置合适的圆弧半径及角度以避免过切对面侧壁（图6）。图6精加工刀路在上述刀路的基础上通过Heidenhain的多轴后处理便可生成如下加工程序：0010BEGINPGM12_1__parMM0020BLKFORM0.1YX0.Y0.Z-20.0030BLKFORM0.2X100.Y100.Z0.0040CYCLDEF247DATUMSETTING~Q339=+1;DATUMNUMBER0050TOOLCALL1YS20000060;ToolName=XD160070;D=16.00F=20.00L=55.000080M530090LC0FMAX0100M30110LX6.189Y120.937C-166.396FMAX0120LZ-165.928FMAX0130LX4.307Y113.162FMAX0140LX3.535Y109.971C-166.396F250.0150M80160LX2.778Y109.967Z-166.55……………………0290LX0Y109.952Z-167.385C-160.5970300LZ-167.377C-159.9680310LZ-167.366C-159.3380320LZ-167.352C-158.709……………………通过DNC网络将程序下发到相应的机床便可加工出该零件。五、结束语通过以上实例可以看出，应用UG对零件建模、仿真加工、生成NC程序代码，很好的保证了加工过程的准确性和可操作性。同时对于此类标准的四轴加工零件，UG提供了很好的加工策略，比如在上述过程中通过刀轴远离直线（直线选择圆柱轴线）选项，使加工很容易的就保证了设计意图。同时，随着现代设计的复杂化、精细化，随着软、硬件技术的发展，现代数控加工不再追求程序的精简，转而追求的是程序的精细及准确。这为UG等三维软件在数控加工中的应用提供了广阔的前景。参考文献1李军.谈圆柱凸轮的数控加工［J］.工程科学，2008（2）2何华妹，杜智敏，杜志伦.UGNX4产品模具设计入门一点通［M］.北京：清华大学出版社，2006.3卫兵工作室.UGNX中文版数控编程入门与实例进阶［M］.北京：清华大学出版社，2007.――――――――――――――――――――――――――――――――作者简介：……….。