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基于UG結(jié)合PowerMILL在螺旋齒輪數(shù)控加工中的應(yīng)用

來源:萬方數(shù)據(jù)

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關(guān)鍵詞:UG PowerMILL 螺旋齒輪 數(shù)控加工

    1 引言

      螺旋齒輪廣泛應(yīng)用于液體流量計的結(jié)構(gòu)中,采用一對互相嚙合的螺旋齒輪的流量計具有體積小、重量輕、運(yùn)行振動噪聲小等優(yōu)點(diǎn),可測量高粘度流體的流量。過去企業(yè)普遍采用滾研和銑磨這兩種工藝組合。這種方法加工精度低,加工周期長,難以滿足實用要求。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,尤其是自動編程技術(shù)的應(yīng)用,復(fù)雜曲面的加工逐步得到解決。對于螺旋齒輪的加工,筆者采用基于UG完成了零件的CAD設(shè)計,生成三維實體模型;然后將構(gòu)建好的三維實體模型保存為“STEP”或者“IGES”格式,利用UG和PowerMILL的接口技術(shù),將三維實體模型導(dǎo)人到PowerMILL中,完成螺旋齒輪的CAM加工編程,并以螺旋齒輪的四軸加工為例加以說明。

      UG(Unigraphies NX)是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案,它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。NX包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用模塊。NX具有高性能的機(jī)械設(shè)計和制圖功能,為制造設(shè)計提供了高性能和靈活性,以滿足客戶設(shè)計任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要,該軟件與PowerMILL軟件接口匹配較好,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。

      PowerMILL由英國Delcam PIe公司出品,它是一種功能強(qiáng)大、加工策略豐富的數(shù)控加工編程軟件系統(tǒng)。PowerMILL可通過IGES、VDA、STL和多種不同的專用直接接口接受來自任何CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。其功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,可快速、準(zhǔn)確地產(chǎn)生能最大限度發(fā)揮CNC數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率的、無過切的粗加工和精加工刀具路徑,確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件和工模具。PowerMILL是一獨(dú)立運(yùn)行的世界領(lǐng)先的CAM系統(tǒng),它是Delcam的核心多軸加工產(chǎn)品,與當(dāng)今大多數(shù)的曲面CAM系統(tǒng)相比有無可比擬的優(yōu)越性。本文結(jié)合實例探討了通過這兩種軟件的綜合運(yùn)用,快速高效地實現(xiàn)零件的設(shè)計和加工。

    2 基于UG構(gòu)建零件的CAD模型

      螺旋齒輪形狀、尺寸和基于UG構(gòu)件零件的實體模型。如圖1所示。

    圖 1 螺旋齒輪零件圖與實體模型

      該零件3D模型的建立難點(diǎn)在于零件端面的齒形繪制,由于齒輪的牙數(shù)少于5,為非國標(biāo)齒輪。根據(jù)機(jī)械原理。得出漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式(1)和漸開線形成原理圖,如圖2所示。


      本次齒輪設(shè)計使用的三角函數(shù)較多,須多采用角度。在UG中,要使用直角坐標(biāo)函數(shù),所以必須將漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程,設(shè)u為漸開線的發(fā)生線所滾過的弧長對應(yīng)的圓心角,即弧


      其中,系統(tǒng)參數(shù)變量t只能在0-1之間變化,從而使?jié)u開線從齒根圓變化到齒頂圓,這樣就為繪制一條漸開線做好了準(zhǔn)備。用UG軟件建立螺旋齒輪的端面齒形漸開線及三維實體模型。

    3 數(shù)控加工的工藝安排

      螺旋齒輪材料選用40Cr,毛坯尺寸為Φ103 X175mm,外圓直徑為Φ127.4mm,內(nèi)孔直徑為Φ25mm,相關(guān)工藝安排如下:①加工坐標(biāo)系的確定。以工件的右端面為基準(zhǔn)面建立坐標(biāo)系,由于PowerMILL系統(tǒng)中在創(chuàng)建圓柱毛坯時,總是以z軸為圓柱的軸線,而本例采用X、Y、Z、A四軸機(jī)床加工,在加工時又要求模型的軸線與機(jī)床的x軸平行,解決這個矛盾可使用世界坐標(biāo)系來創(chuàng)建毛坯,并用用戶坐標(biāo)系編程,通過調(diào)整模型擺放位置變換坐標(biāo)系,如圖3所示;②數(shù)控加工工序的安排。加工工序一般可分為:粗加工一半精加工一精加工。本例加工工序采用粗加工一半精加工一精加工;③刀具的選擇。按照加工工件輪廓的需求,粗加工和半精加工選用直徑為ckl6mm的球頭銑刀,精加工選用直徑為qbl6mm的球頭精銑刀;④工件的定位與夾緊。由于本件全長都需要加工,所以采用階臺心軸利用Φ25mm的圓柱孔來夾緊,用一夾一項的方式來定位。

    4 不同加工工序中加工策略選擇及參數(shù)設(shè)置


      (1)粗加工工序編程思路是,取一個齒槽為編程對象,編制出局部粗加工程序,然后將局部粗加工程序繞刀軸線旋轉(zhuǎn)復(fù)制出另外三條刀槽的加工程序。為最大化去除余量和保證刀槽螺旋線的正確軌跡故粗加工采用參考線加工方式,粗加工參數(shù)設(shè)置如圖4所示,刀具路徑如圖3中a、b、C、陰影部分所示,最外層DE線為參考線。

      (2)半精加工工序半精加工主要任務(wù)是切除加工表面上的剩余部分余量,使毛坯的形狀和尺寸盡量接近成品。加工精度要求較高,切削用量、切削力較大。本例中的加工策略使用旋轉(zhuǎn)加工方式,半精加工參數(shù)設(shè)置為選擇行距為1mm,公差為0.1mm,加工余量為0.5mm。

      (3)精加工工序精加工是實現(xiàn)螺旋齒輪加工最關(guān)鍵的一步。表面要求沒有明顯刀痕,R3.21μm以下。編程思路要求密化走刀軌跡,刀軌要盡可能光順,采用旋轉(zhuǎn)加工策略,選擇刀具直徑為Φ16mm;主軸切削轉(zhuǎn)速要求高,選擇轉(zhuǎn)速為3000r/min;進(jìn)給速度要求小,選擇其值為150mm/min;選擇行距為0.25mm,公差為0.1mm,旋轉(zhuǎn)精加工參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示,刀具路徑如圖6所示。

    5 加工路徑檢驗

      該軟件具有可視化的加工仿真模擬功能,可直觀查看產(chǎn)生的刀具路徑在實際情況下如何進(jìn)行加工,檢查過切、碰撞和加工質(zhì)量等切削情況。仿真時系統(tǒng)將以可控的速度動態(tài)模擬完整的加工切削過程,便于編程人員檢查加工過程的合理性與正確性。圖7為刀具路徑檢驗仿真圖。

    圖7刀具路徑檢驗仿真

    6 加工程序的生成

      產(chǎn)生完一系列刀具路徑,檢查確定無誤之后,需要將這些刀具路徑按其在CNC機(jī)床中的加工順序排列,然后通過PowerMILL提供的后處理模塊經(jīng)自動處理后即可快速地產(chǎn)生機(jī)床NC代碼文件。精加工程序如下:

     


    7 結(jié)語

      DelCAM的PowerMILL加工功能強(qiáng)大,對復(fù)雜曲面數(shù)控加工PowerMILL能夠提供豐富的加工策略。具有計算速度快,絕對安全的防護(hù)措施,強(qiáng)大的后編輯功能,安全高效等功能,是一款適合復(fù)雜曲面制造的CAM軟件,中文界面尤其適合中國技術(shù)人員操作。結(jié)合UG軟件和PowerMILL各自的優(yōu)點(diǎn),可簡便高效的實現(xiàn)零件的設(shè)計和加工。合理的加工方案和切削參數(shù)對于最終加工出高質(zhì)量、高精度的制品同樣起著關(guān)鍵的作用,為此數(shù)控編程人員不僅要熟練地應(yīng)用CAD/CAM軟件,而且要有深厚的數(shù)學(xué)功底和豐富的實際加工經(jīng)驗。本方法適合復(fù)雜型面的設(shè)計和加工場合,在制造企業(yè)有一定的推廣借鑒價值。


    (審核編輯: 智匯小新)

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