撰文/楊坤Yang Kun

■246003 安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 安徽 安慶

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UG在凸輪槽四軸編程中的應(yīng)用

撰文/楊坤Yang Kun

■246003 安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 安徽 安慶

摘要：在利用UG對(duì)典型凸輪槽進(jìn)行四軸編程過(guò)程中，采用不同的建模方法和編程方法，會(huì)對(duì)加工刀軌的精度產(chǎn)生很大的影響。筆者對(duì)目前常用的幾種方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，試圖找出將編程誤差降到最小的方案，為進(jìn)一步的提高凸輪槽的加工精度打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：凸輪槽；UG；四軸編程

在通常的四軸加工領(lǐng)域，利用UG對(duì)凸輪槽進(jìn)行編程是非常常見(jiàn)的工藝方案，在實(shí)際加工中有著很多的應(yīng)用。然而，這種方案中不可忽視的負(fù)面因素是：采用不同的建模方法和編程方法，會(huì)對(duì)加工刀軌的精度產(chǎn)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(chǎn)品的關(guān)鍵。本文將用以下模型為基礎(chǔ)（見(jiàn)圖1），詳細(xì)闡述誤差產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)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(yīng)優(yōu)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(xiàn)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(jù)本文模型分析，首先選用Φ12mm立銑刀進(jìn)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(qū)動(dòng)方法選擇“曲線(xiàn)/邊”、刀軸選擇“遠(yuǎn)離直線(xiàn)”。此步驟最重要的便是如何構(gòu)造刀具中心軌跡，即“曲線(xiàn)/邊”。以凸輪槽的兩側(cè)曲面為基準(zhǔn)，各往槽內(nèi)方向偏置出兩個(gè)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(gè)曲面為輪廓構(gòu)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(huì)產(chǎn)生誤差。在UG編程中，選用的方法是可變軸輪廓銑：驅(qū)動(dòng)方法依然選擇“曲線(xiàn)/邊”、刀軸選擇“遠(yuǎn)離直線(xiàn)”。其中以凸輪槽的中心曲面為“曲線(xiàn)/邊”，完成精加工（見(jiàn)圖2）。

用這種加工方法雖然效率高，并且無(wú)誤差產(chǎn)生。但是在實(shí)際的生產(chǎn)加工中并不經(jīng)常使用，原因是凸輪屬于核心傳動(dòng)部件，凸輪槽側(cè)壁精度要求較高，一刀成型無(wú)法滿(mǎn)足工件表面質(zhì)量。因此在精加工中，最常見(jiàn)的還是利用小直徑刀具去加工凸輪槽的側(cè)壁，以便滿(mǎn)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(guò)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(cè)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?yàn)椴煌木幊谭椒ㄋa(chǎn)生的誤差大小不同。通過(guò)這種比較，試圖找出一種在凸輪槽四軸編程中誤差產(chǎn)生最小的編程方案。

①采用可變軸輪廓銑進(jìn)行精加工

該方案為小刀具精加工時(shí)最簡(jiǎn)單的編程方法。將凸輪槽的兩側(cè)曲面向槽內(nèi)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(qū)動(dòng)方法選擇“曲面”、刀軸選擇“遠(yuǎn)離直線(xiàn)”。在“曲面”參數(shù)設(shè)置中，選擇“對(duì)中”即可［3］（見(jiàn)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(shí)在實(shí)際生產(chǎn)加工中無(wú)法使用，原因是此凸輪槽會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。本文利用UG軟件中的測(cè)量功能，仔細(xì)的測(cè)量了上述刀軌的尺寸，發(fā)現(xiàn)該刀軌在凸輪槽的外表面上尺寸合理，沒(méi)有誤差產(chǎn)生。但是在凸輪槽的槽底圓柱面上卻產(chǎn)生了很大的誤差（見(jiàn)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(shí)，無(wú)論是兩端的圓弧，還是中間的直線(xiàn)都會(huì)發(fā)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(gè)旋轉(zhuǎn)軸。而刀軸選擇的又是“遠(yuǎn)離直線(xiàn)”。于是越是遠(yuǎn)離那條直線(xiàn)的部分，變形越小。因此就會(huì)出現(xiàn)在凸輪槽的槽底誤差很大，而在凸輪槽的外表面沒(méi)有誤差的現(xiàn)象。要想完全消除這種誤差，只有在五軸機(jī)床上可以實(shí)現(xiàn)。但是目前在實(shí)際凸輪槽加工領(lǐng)域，通常還是以四軸加工為主。綜上所述，在利用UG軟件進(jìn)行凸輪槽的四軸編程，我們只能減少這種誤差，卻無(wú)法完全消除它。要想減少這種誤差的產(chǎn)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(jìn)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(duì)比較繁瑣的，容易出錯(cuò)。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(diǎn)是編程人員可以最大化的定制刀軌的走向，來(lái)達(dá)到精確控制刀軌，以減小誤差的產(chǎn)生。在UG的自動(dòng)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(jìn)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(chǎn)生，為加工精度高的凸輪槽提供了技術(shù)保障。其測(cè)量結(jié)果如下（見(jiàn)圖6）：

圖6　凸輪槽槽底面的尺寸

結(jié)論

本文詳細(xì)分析了利用UG軟件進(jìn)行凸輪槽四軸編程過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差來(lái)源以及消除或減少其誤差的各種方法。提出一種相對(duì)行之有效的編程方案，即是：首先使用可變軸輪廓銑方法進(jìn)行凸輪槽的粗加工，其驅(qū)動(dòng)方法可以選擇“曲線(xiàn)/邊”，或者“曲面”。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的不同，構(gòu)造相應(yīng)的輔助面做為刀具中心軌跡的依據(jù)。其次，使用順序銑方法進(jìn)行凸輪槽的精加工，合理構(gòu)造輔助面用于設(shè)置順序銑的各種參數(shù)，在驗(yàn)證刀軌時(shí)，必須對(duì)刀具中心和凸輪槽槽底面的距離進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果適時(shí)優(yōu)化刀路，將誤差減到最小。

參考：

［1］于復(fù)曾，賈秀杰.內(nèi)外球面上等分弧槽加工精度分析［J］.機(jī)械工藝師，1990（8）：10-11

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

［3］劉德福，潘晉平，周賢.圓柱凸輪數(shù)控加工的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題［J］.機(jī)械傳動(dòng)，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