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        基于NX的復(fù)雜曲面零件車(chē)削專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)

        2022-01-25 07:21:00郎永兵張洋揚(yáng)
        金屬加工(冷加工) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:刀片曲面刀具

        郎永兵,張洋揚(yáng)

        廣州市工貿(mào)技師學(xué)院 廣東廣州 510425

        1 序言

        在復(fù)雜曲面零件的車(chē)削中,使刀具實(shí)體最大化是提高車(chē)削刀具與工藝系統(tǒng)剛性的主要措施。圖1所示零件的外輪廓呈異形回轉(zhuǎn)曲面,為防止在加工過(guò)程中刀具體與工件發(fā)生干涉,需設(shè)計(jì)專(zhuān)用車(chē)削刀具。下面綜合應(yīng)用NX的建模、裝配及仿真模塊,以零件、刀具模型為基礎(chǔ),模擬車(chē)削運(yùn)動(dòng)過(guò)程,并通過(guò)以零件作為刀具對(duì)刀具體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)切割操作,使刀具實(shí)體最大化,完成專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)。

        圖1 異形曲面回轉(zhuǎn)零件

        2 基本模型裝配建模

        車(chē)削刀具運(yùn)動(dòng)仿真的裝配模型涉及被加工零件、刀具體等,為使其參數(shù)化,將結(jié)合NX的WAVE幾何鏈接器,在裝配環(huán)境中采用自頂向下的方式設(shè)計(jì)[1]。

        在NX中,創(chuàng)建裝配文件,新建并進(jìn)入零件組件,完成異形曲面零件建模。通過(guò)分析,此模型最小凹形半徑為3.5mm。根據(jù)車(chē)刀刀片規(guī)格,刀具選用φ6mm圓形刀片。設(shè)零件、刀具加工安全間隙為0.5mm,將模型加工輪廓偏移2.5mm,完成刀具車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)繪制,如圖2所示。

        圖2 刀具車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡

        切換NX至裝配環(huán)境,新建并進(jìn)入刀具組件,選擇WAVE幾何鏈接器,將零件組件中刀具車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)鏈接至當(dāng)前工作部件中。設(shè)刀具本體尺寸為25mm×25mm×80mm,刀片位置為(5mm,7mm),完成刀具本體建模(見(jiàn)圖3)。

        圖3 刀具本體建模

        3 車(chē)削運(yùn)動(dòng)仿真構(gòu)建及刀具體建立

        NX運(yùn)動(dòng)模塊是一個(gè)集成的CAE工具,提供了全面的機(jī)構(gòu)建模和分析功能,可以模擬和評(píng)估機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。依據(jù)刀具車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡,在NX運(yùn)動(dòng)模塊中設(shè)置干涉檢查機(jī)構(gòu),通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程中固定運(yùn)動(dòng)體創(chuàng)建干涉實(shí)體的功能生成干涉實(shí)體,應(yīng)用裝配切割對(duì)刀具本體與干涉體進(jìn)行求減運(yùn)算,以及利用刀片安裝部位細(xì)節(jié)處理等方法完成刀具體建立。

        3.1 運(yùn)動(dòng)仿真構(gòu)建

        (1)定義運(yùn)動(dòng)體 運(yùn)動(dòng)體是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的剛體,可以是裝配部件或一組實(shí)體、曲線(xiàn)或點(diǎn)等圖素。創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)體時(shí),需定義該運(yùn)動(dòng)體的幾何形狀[2]。

        在NX中選擇應(yīng)用模塊→仿真→運(yùn)動(dòng),啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)模塊。選擇主頁(yè)→解算方案→新建仿真,建立仿真文件。選擇主頁(yè)→機(jī)構(gòu)→運(yùn)動(dòng)體,設(shè)置質(zhì)量屬性選項(xiàng)為“無(wú)”,在部件導(dǎo)航器中分別定義零件為運(yùn)動(dòng)體、刀具為固定運(yùn)動(dòng)體[3]。

        (2)建立約束 點(diǎn)在線(xiàn)上副可約束運(yùn)動(dòng)體上的一個(gè)點(diǎn)以保持與曲線(xiàn)的接觸。根據(jù)零件車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡,選擇點(diǎn)在線(xiàn)上副建立刀具與工件的約束,具體操作如下。

        選擇主頁(yè)→約束→點(diǎn)在線(xiàn)上副,指定類(lèi)型為“剛體曲線(xiàn)”;選擇運(yùn)動(dòng)體為刀具本體,點(diǎn)為刀片圓心;曲線(xiàn)為刀具車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn),單擊“確定”建立點(diǎn)在線(xiàn)上副約束,如圖4所示。

        圖4 建立點(diǎn)在線(xiàn)上副約束

        (3)創(chuàng)建驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)體是對(duì)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副或運(yùn)動(dòng)體建立一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)。具體操作如下:選擇主頁(yè)→機(jī)構(gòu)→驅(qū)動(dòng)體,指定驅(qū)動(dòng)類(lèi)型為“運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)”;在約束導(dǎo)航器中選擇點(diǎn)在線(xiàn)上約束;在驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)中選擇多項(xiàng)式,設(shè)速度為20mm/s,單擊“確定”完成運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)建。

        (4)設(shè)置干涉 干涉主要比較在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否發(fā)生重疊現(xiàn)象。通過(guò)設(shè)置干涉可檢查機(jī)構(gòu)是否與選定的幾何體在運(yùn)動(dòng)的每一步存在碰撞,并以高亮顯示、創(chuàng)建實(shí)體或顯示相交曲線(xiàn)3種形式呈現(xiàn)。其中,創(chuàng)建實(shí)體與顯示相交曲線(xiàn)的干涉檢查是在運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程中在固定運(yùn)動(dòng)體上生成干涉實(shí)體或相交曲線(xiàn)。

        選擇分析→運(yùn)動(dòng)→干涉,指定類(lèi)型為“創(chuàng)建實(shí)體”;在部件導(dǎo)航器中選擇第一組為零件、第二組為刀具;設(shè)置模式為精確實(shí)體,單擊“確定”完成干涉設(shè)置。

        (5)創(chuàng)建解算方案及仿真動(dòng)畫(huà) 仿真模型定義完成后,必須定義運(yùn)動(dòng)分析的解算方案,并通過(guò)解算器求解,才能播放或查看每個(gè)時(shí)間點(diǎn)或位置的動(dòng)畫(huà)。

        選擇主頁(yè)→解算方案,指定類(lèi)型為“動(dòng)態(tài)分析”;在解算方案選項(xiàng)中,選擇工作目錄為仿真文件夾,解算結(jié)束時(shí)間設(shè)置是車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)總長(zhǎng)度與驅(qū)動(dòng)速度的商,單擊“確定”完成解算方案創(chuàng)建。在主頁(yè)選項(xiàng)卡中單擊“求解”,完成解算方案求解。

        NX結(jié)果選項(xiàng)卡中的動(dòng)畫(huà)可以較方便地查看仿真運(yùn)動(dòng)情況,選擇“結(jié)果”選項(xiàng)卡,在“動(dòng)畫(huà)”中單擊“播放”。

        3.2 刀具體建立

        (1)創(chuàng)建干涉實(shí)體 分析選項(xiàng)組中的動(dòng)畫(huà)是基于時(shí)間的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真,通過(guò)設(shè)置封裝選項(xiàng)可對(duì)運(yùn)動(dòng)組件進(jìn)行測(cè)量、跟蹤和干涉等操作。

        選擇分析→運(yùn)動(dòng)→動(dòng)畫(huà),在封裝選項(xiàng)中勾選干涉,單擊“播放”完成干涉實(shí)體創(chuàng)建,如圖5所示。

        圖5 干涉實(shí)體生成

        (2)刀具體裝配切割及細(xì)節(jié)處理 裝配切割是在裝配環(huán)境下貫穿多個(gè)組件而進(jìn)行的組件之間的求差運(yùn)算。

        通過(guò)應(yīng)用模塊→建模,切換至建模模塊。選擇菜單→插入→組合→裝配切割,指定目標(biāo)為刀具體,工具為干涉體,單擊“確定”完成刀具體主體部分的建模;對(duì)刀片安裝位置進(jìn)行細(xì)節(jié)處理,完成刀具體設(shè)計(jì),結(jié)果如圖6所示。

        圖6 刀具體

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文結(jié)合零件車(chē)削加工路線(xiàn),應(yīng)用NX軟件強(qiáng)大的建模及仿真功能,以零件模型為參考對(duì)刀具體進(jìn)行干涉檢查、分析并反求刀具體實(shí)體模型,完成了車(chē)削專(zhuān)用刀具的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法在復(fù)雜曲面零件、異形曲面零件的車(chē)削加工刀具設(shè)計(jì)方面具備先進(jìn)性,為車(chē)削專(zhuān)用刀具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了參考。

        該車(chē)削專(zhuān)用刀具的設(shè)計(jì)方法已向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)專(zhuān)利,申請(qǐng)?zhí)枺?01210206261.9。

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