田東亮 尹玉梅 荊州理工職業(yè)學(xué)院

引言：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，CNC技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。為確保NC程序的正確性，首件試切時(shí)常采用易切削的材料，從而來檢驗(yàn)加工指令，同時(shí)亦可以采用軌跡顯示法，但這些方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)周期，同時(shí)也使生產(chǎn)成本上升。因此，采用一種能代替試切的計(jì)算機(jī)仿真方法，并能在試切的環(huán)境下，進(jìn)行模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等顯得尤為重要。

目前，CNC加工仿真系統(tǒng)主要有以下幾種：Unigraphics,高檔的CAM軟件的代表，其加工方式完備，計(jì)算準(zhǔn)確，實(shí)用性強(qiáng)，是航空、汽車、造船行業(yè)的首選CAM軟件，并且在仿真加工的過程中，還可以直接引用建模過程中的參數(shù)變量，完成建模和加工的無(wú)縫接口，實(shí)現(xiàn)了建模加工一體化。其次是MASTERCAM、PRO/ENGINEER等CAD/CAM軟件。綜合考慮，本文基于UG軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)面蝸桿的半成品加工。

1 數(shù)控自動(dòng)編程原理

對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件一般需借助計(jì)算機(jī)，使用規(guī)定的數(shù)控語(yǔ)言編寫零件源程序，經(jīng)過后置處理，最后生成加工程序，該方法稱為自動(dòng)編程。自動(dòng)編程的一般過程如下：首先將零件圖形及其它信息輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)翻譯，形成零件的幾何數(shù)據(jù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；然后確定加工路線、工藝參數(shù)和加工方法等；再通過數(shù)學(xué)處理計(jì)算出刀位數(shù)據(jù)，然后通過后置處理，最終生成NC代碼；最后通過通訊接口將NC代碼送入到機(jī)床的控制系統(tǒng)。其原理如圖1所示。

2 蝸桿加工

2.1 確定定蝸桿的加工方法

在普通的車床上加工時(shí)，環(huán)面蝸桿的精度很難達(dá)到要求，因此應(yīng)選用數(shù)控機(jī)床來加工，同時(shí)為了

圖1 數(shù)控編程原理

提高生產(chǎn)效率、同批零件加工的一致性及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性等，對(duì)于軸肩、軸頸等結(jié)構(gòu)特征亦選用數(shù)控機(jī)床來加工。環(huán)面蝸桿的加工應(yīng)先粗車齒槽，之后再在專用的機(jī)床上按嚙合原理，通過磨削完成蝸桿齒的終加工，如圖2所示。

圖2 蝸桿零件圖

圖3 生成刀位軌跡的流程圖

2.2 設(shè)計(jì)流程

根據(jù)零件的加工方案，制定生成刀路軌跡的編程步驟如圖3示。

2.3 蝸桿加工的編程

本實(shí)例借助UG 中CAM車削模塊，按照上述制定蝸桿加工方案，對(duì)其進(jìn)行仿真加工，最終生成數(shù)控加工程序。

2.3.1 創(chuàng)建蝸桿車削節(jié)點(diǎn)

蝸桿的車削加工首先應(yīng)初始化加工環(huán)境，然后分別創(chuàng)建程序節(jié)點(diǎn)、創(chuàng)建刀具節(jié)點(diǎn)、創(chuàng)建幾何節(jié)點(diǎn)和創(chuàng)建加工方法節(jié)點(diǎn)等，最終完成蝸桿車削節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。

2.3.2 創(chuàng)建蝸桿車削加工操作

（1）車端面、鉆中心孔、車外圓及側(cè)肩帶

單擊工具欄中的“創(chuàng)建操作”按鈕，在彈出“創(chuàng)建操作”對(duì)話框中，選中“turning”類型中相應(yīng)的子類型，程序節(jié)點(diǎn)、使用幾何體及刀具等選項(xiàng)，確定應(yīng)用之后，在彈出的對(duì)話框中，輸入合適的參數(shù)，便可生成刀軌并進(jìn)行3D動(dòng)畫仿真加工，如圖4所示。最后通過后置處理，選用合適機(jī)床，即可生成相應(yīng)的NC代碼。

圖4 車端面加工仿真

（2）粗、精車蝸桿齒頂圓弧

如前所述，在“創(chuàng)建操作”對(duì)話框中，選中“子類型”的“ROUGH_TURN_OD”圖標(biāo)，“使用幾何體”選擇“TURNING-WORKPIECE”，刀具選擇前面定義的外圓車刀，名稱選項(xiàng)內(nèi)輸入相應(yīng)的名字，其他選項(xiàng)默認(rèn)系統(tǒng)設(shè)置，單擊“應(yīng)用”按鈕，在彈出的“ROUGH_TURN_OD”對(duì)話框中，選擇“Zig_Zag直切”切削方式，然后點(diǎn)擊切削區(qū)域中的“包容”按鈕，在彈出的“幾何體包容”對(duì)話框中選中“軸向1”和“軸向2”前的復(fù)選框，單擊“軸向1”按鈕，在視圖窗口中選中蝸桿左側(cè)側(cè)肩帶的右圓心，單擊“軸向2”按鈕，在視圖窗口中選中蝸桿右側(cè)側(cè)肩帶的左圓心，其他選項(xiàng)按系統(tǒng)默認(rèn)，最后完成“在幾何體包容”對(duì)話框的設(shè)置。

在“步進(jìn)”選項(xiàng)中選擇“恒定的”，大小設(shè)“2”，單位“mm”；選中“清理”和“附加輪廓加工”前的復(fù)選框；單擊“進(jìn)給率”按鈕，在“進(jìn)給和速度”對(duì)話框“速度”選項(xiàng)卡中，設(shè)置“主軸輸出模式”為“RPM”，激活“主軸速度”，并設(shè)置為“1000”，最后點(diǎn)擊“確定”按鈕結(jié)束“進(jìn)給和速度”對(duì)話框設(shè)置。單擊“避讓”按鈕，彈出“避讓參數(shù)”對(duì)話框，在此對(duì)話框中激活“從點(diǎn)”復(fù)選框，并在視圖中選擇合適的點(diǎn)，激活“運(yùn)動(dòng)到起點(diǎn)”復(fù)選框，在視圖中選擇合適的點(diǎn)，激活“運(yùn)動(dòng)到回零點(diǎn)”，在下拉選項(xiàng)中選擇“與起點(diǎn)相同”，單擊確定結(jié)束“避讓參數(shù)”對(duì)話框。其它按鈕中參數(shù)按系統(tǒng)默認(rèn)既可。

最后，單擊“生成刀軌”按鈕，在視圖中檢查刀軌有無(wú)干涉等其它錯(cuò)誤，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“確定”按鈕，在彈出“可視化軌跡”對(duì)話框中，選中“2D材料去除”復(fù)選框，通過2D動(dòng)畫仿真，調(diào)整動(dòng)畫速度，合適后選中“3D動(dòng)態(tài)”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊“播放”按鈕，便可進(jìn)行3D動(dòng)畫仿真加工，如圖5所示。單擊工具條中“后處理”按鈕，在“后處理”對(duì)話框“可用機(jī)床”選項(xiàng)列表中選擇“LATHE-2-AXIS-TURRETREF”，在“文件名”處，輸入NC代碼保存位置和文件名，生成相應(yīng)的NC程序，如圖6所示。

圖5 粗車齒頂圓弧加工仿真

圖6 粗車齒頂圓弧NC代碼

精車蝸桿齒頂圓弧與粗車類似，選擇全部完成的走刀方式，加工余量全部設(shè)置為0，走刀深度為0.1～0.2mm左右，其他設(shè)置按粗加工齒頂圓弧即可完成蝸桿齒頂圓弧的精加工。

（3）粗車、粗磨及精磨蝸桿齒

如前所述，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置后，即可生成粗車蝸桿槽的數(shù)控代碼。粗精磨蝸桿齒的加工，采用磨輪，按齒輪嚙合原理[6][7]，進(jìn)行包絡(luò)磨削加工。在加工的過程中，給予合適的進(jìn)給量，并保證蝸桿與刀具的轉(zhuǎn)速比等于設(shè)計(jì)時(shí)的傳動(dòng)比，最終完成蝸桿螺旋齒的終加工。

3 結(jié)論

在UG的CAM模塊下，基于一實(shí)例化模型，通過設(shè)置合適的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了蝸桿的車端面、鉆中心孔、車外形輪廓及粗車蝸桿齒等仿真加工，有效地減少實(shí)際生產(chǎn)中試切的次數(shù)，降低次品和廢品的數(shù)量，相應(yīng)地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。