基于UG的数控直齿锥齿轮加工仿真

Value Engineering ·41· 基于 UG的数控直齿锥齿轮加工仿真 Simulation and M anufacture of NC Straight Bevel Gear Based on UG 陈芳 Chen Fang；李莉 Lj Lj (银JlI科技职业学院，银川 750105) Yinchuan Science and Technology Vocational College，Yinchuan 750105，China) 摘要：本文将数控加工与直齿锥齿轮加工技术相结合，基于UG强大的CAM功能，建立刀具，并对加工直齿锥齿轮刀位轨迹进行计算。对直 齿锥齿轮进行校验、模拟加工。最后进行后置处理，生成数控程序。 Abstract：This article refers to the combination of the numerical control processing and the technology of straight bevel gear processing，based on the formidable CAM function of UG．First，the cutting tool will be established and also the track of the strai t beyel gear knife will be compuhated ． Second，the straight bevel gear will be verified，simulated and processed．Finally the numerical control procedure will be finished after the D0st positioned processing． 关键词 ：直齿锥齿轮；UG；CAD／CAM Key words：straight bevel gear；UG；CAD／CAM 中图分类号：TH164 文献标识码：A 0 引言 我国传统直齿锥齿轮加工方法主要是利用伞齿刨。但是 ，如果 直齿锥齿轮的锥角接近 90度，利用伞齿刨加工是非常困难的。本文 将数控加工与直齿锥齿轮加工技术相结合，基于三维工程软件强大 的造型功能及相关接口技术，利用VC++~IJ建参数输入人机界面及 软件数据传输通道，尝试开发一种新的基于数控机床的直齿锥齿轮 加工方法。这里利用UG强大的 CAM功能，可完成直齿锥齿轮的加 工仿真及数控代码生成。 1 UG／CAM下刀具的建立 进入 UG／CAM环境 下 ，在 Manufacturing Create工具条 上选择 Create Tool，(图 1)。这时出现如图2所示的 Create Tool对话框 ，在 Type中选择 mill—multi—axis(多轴铣 )，并且在 Subtype中选择 Retrieve Tool类型 的 刀具 。点 击 Apply按 钮进入 Library Class Selection对话框 ，双击 End Mill(non indexable)进入 Search Criteria 对话框 ，选择 Millimeters点击 OK，进入 Search Result对话框(图 3)，在刀具列表中选择所需的刀具，OK退出，刀具创建完毕。 文章编号：1006—4311(2011)02—0041—02 的模仿实际走刀轨迹和切削，并且可以检查刀具、刀柄与零件是否 干涉。 2 UG／CAM环境下刀轨的产生 在有刀具和三维零件图的条件下，UG／CAM 下加工直齿锥齿 轮，首先是要生成毛坯。直齿锥齿轮的毛坯形状应该是直齿锥齿轮 无齿形时的形状。在 UG的 modeling环境下生成毛坯，首先调入要 加工的齿轮，然后用 Through curves功能修补曲面，使直齿锥齿轮的 齿不可见，如图4为直锥齿轮的毛坯形状。生成毛坯有助于在模拟 仿真时清楚地观察毛坯切除l隋况、干涉问题等。在实际加工时也需 要这样形状的毛坯 ，毛坯可以利用车削等加工方法生成。 接着是建立一个加工并且调入 已有的刀具轨迹文件，在 UG的 CAM环境下完成。Application／manufactllring进入 CAM模块，首先， 在 operation navigator中对 workpiece进行操作，以确定m-r的毛坯。 点选 Blank和 select，选择图4的所有外表面，完成毛坯的创建。为 了便于以后操作，用 Blank功能把修补的毛坯曲面隐藏，复原直齿 锥齿轮外形。 图 3 Search Result对话框 在仿真时，刀具的显示类型为 Assembly类型，刀具就显示为实 际形状的刀具。选用实际形状的刀具的优点是，在仿真时可以逼真 作者简介：陈芳(1968一)，女，陕西商州人，讲师，工程师，高级技师，主要从事 电力系统及技术经济教学及研究工作；李莉(1970一)，女，宁夏中宁 人，高级工程师，主要从事电力系统自动化教学及研究工作。 图 5 Create Operation对话框 特征。Use Tool中选择已经刨建好的刀具 ，VARIABLE—CONTOUR 操作将会生成此刀具轨迹。 Use Method选项是选择加工精度，可选择粗、精和半精加工。其 他各选向可由自己定义，不再赘述。点击Apply，进入加工参数设置 对话框 ，点选 part和 select选择要加工的一个齿面，驱动方式即 Drive Method选 T0ol Path，并点选右侧图标，在刀具轨迹文件的存 储路径下选择刀具轨迹 文件 ；刀轴控制即 Tool Axis选 Same as ·42· Drive Path i其它设置不再赘述。参数设置完成 后 ，点选 Generate选 项 ，生成刀具轨迹线 ，如 图 6所示。 图6 生成刀具轨迹线 3 UG／CAM校验、模拟加工直齿锥齿轮 完成一个加工操作之后，可以利用 UG的加工校验(verify)功能 来检验所建立的一个操作的可行性。在校验的模式下可以看到刀具 轨迹的生成及刀轨的形状 ，也可以进行干涉检查。加工检验有两种 方式 Replay和 Dynamic，在 Replay方式下可以清楚的看到生成在 待加工的零件表面上的刀具轨迹线，及刀具沿着刀具轨迹线的动态 走刀；在 Dynamic方式下，可以看到利用定义好的刀具加工已定义 的工件毛坯(blank)的动态过程，在此 方式下可 以看到刀具切 削工件 毛坯，走刀完毕可以看到加工好的零件形状。 利用 UG本身的有关功能，在仿真过程中实现由刀具切削刃所 形成的锥面与被加工齿轮的被加工面相切，这样才能保证加工方法 的正确性。所有的操作都完成了，就要进行模拟加工(simulate)。模 拟mI直齿锥齿轮可以看到与实际加工相符合的加工过程 ，同时检 查利用以上的所有操作是否正确。本课题是采用自行研制的夹具来 装夹工件，目的是想通过该夹具的两轴联动与刀具的往复运动来完 成这次铣削任务。加工仿真的正确与否直接关系到数控代码是否正 确。而代码是该夹具的两轴转角的来源，所以有的操作都完成了，就 要进行模拟加工(simulate o模拟加工直齿锥齿轮可以看到与实际 加工相符合的加工过程，同时检查利用以上的所有操作是否正确。 本课题是采用自行研制的夹具来装夹工件，目的是想通过该夹具的 两轴联动与刀具的往复运动来完成这次铣削任务。加工仿真的正确 与否直接关系到数控代码是否正确。而代码是该夹具的两轴转角的 来源，所以仿真至关重要。模拟如果没有问题就可以进行下一步：后 置处理。 4 后置处理 利用 UG加工模块产生刀轨，首要目的是为了加工工件，但不 能将这种未修改过的刀轨文件直接传送给机床进行切削加工，因为 机床的类型很多，每种类型的机床都有其独特的硬件性能和要求， 比如它可以有垂直或是水平的主轴，可以几轴联动等。此外，每种机 床又受其控制器(controller)的控制，控制器接受刀轨文件并指挥刀 具的运动或其它的行为(比如冷却液的开关)，但控制器也无法接受 这种未经格式化过的刀轨文件 ，因此，刀轨文件必须被修改成适合 于不同机床／控制器的特定参数，这种修改就是所谓的后处理。它是 复杂零件计算机辅助设计和实际机械加工之间的一条连接枢纽，是 将理论设计转化为实际生产的重要环节，也是 CAD／CAM一体化过 程中不可缺少的组成部分。后处理最基本的两个要素就是刀轨数据 (Tool Path Data)和后处理器 (Postprocessor)o 本 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 利用五轴功能生成刀具轨迹 ，其生成的数控代码中的 A、B轴数据是工件围绕 x、Y轴旋转的变化角度，x、Y、Z数据即为 刀具做往复运动所到达的两个位置点的坐标。A，B数值可作为绕x， Y轴的角度值去控制两个步进电机的转动，是进行实际加工必须提 取的数据。所以在后处理的时候选择五轴功能进行后处理。 以下为用盘铣刀~DI{b锥齿轮的数控代码及仿真图形(图7)： ％ NO010 G40 G17 G94 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0．0 ：0030 TO0 M06 N0040 G1 G90 X-23．3795 Y-46．1】75 Z．76 A358．294 B】09．92 价值工程 F250．SO M03 M08 N0050 X一14．9755 Y-70．5532 Z1．1403 N()o6O X一14．9594 Y一70．5355 Z1．1404 A358．1O6 B1 l 1．121 N0070 X一23．3344 Y一46．1 1 97 Z．7602 N0080 X一23．3893 Y一46．0919 Z．76 A357．918 B112．323 N0090 X一15．0434 Y-70．5177 Z1．1403 NO100 X一14．9916 Y一70．5709 Z1．1393 A358．481 B109．1 18 NO1 1O X-23．3247 Y-46．175l Z．7595 NO12O X-23．1807 Y-46．197l Z．76 A358．632 B108．517 N0130 X一14．9245 Y-70．5849 Z1．14 N0140 X一14．98l6 Y一70．5604 ZI．1385 A358．85l B107．613 N0150 X-23．3807 Y一46．197l Z．76 N0160 M02 上述代码中的 A，B数值可作为绕 x，Y轴的角度值去控制两个 步进电机的转动，与刀具往复运动配合，完成一个齿面的展成加工。 然后步进电机4控制 B轴转动分度，加工下一个同侧齿面，直至完 成所有齿。另一齿面加工可将刀具往复运动改在x轴的另一侧，采 用另一套行程开关来控制。图 7为在 UG下利用相应盘铣刀完成的 几组不同参数的直齿锥齿轮的效果图。 刀位轨迹 对应参数 齿数 48，49 — — 模数 3 压力角 2O 齿宽 25 节锥角 95。 图 7仿真图及参数 刀位轨迹 齿靛 4O．41 模数 2 压力角 2O 出宽 25 节涟角 i00。 此外，在利用 UG后处理功能生成数控代码时经常遇到这样的 问题：在控制刀轨程序中已经编译好刀具的走刀次数，但是，在生成 的数控代码中往往会随机增加几条指令。例如：在刀轨文件中编译 刀具从齿轮小端 A点走到大端 B点，那么，生成的代码中应该只有 两条指令 ，而实际生成的代码中却有 3条或者更多指令，为什么会 增多这些指令呢?经过多次反复试验得出，这些随机增加的指令中 的数据点都是在如上所述中AB直线上的任意点，是刀具在行走过 程中随机抽取的点。对于该类问题应该这样解决：每次加工仿真时 都要重新调用改变参数后的刀轨文件以及被加工的齿轮，这样加工 过程 不会 受到前一次仿真的干扰。 参考文献： 1]曾爱华．数控加工系统中通用后置处理技术【M1．计算机辅助设计与制 造 ，1999(9)． 1 2l刘雄伟等．数控加工理论与编程技术IM]．机械工业出版社，2000． [3]黄恺，李雷．基于展成加工法的直齿锥齿轮三维参数化 CAD[J]．机械传 动，2006(5)． [4]李佳计 算机辅助设计与制造(CAD／CAM)IM]．天津大学出版社，2002． 【5】 昆．计算机辅助制造【MI_科学技术出版社，2006． 【6]梁桂明．齿轮工程的创新历程和展望『A]．第三届中日机械技术史国际 会议论文集fC】，2002 1-6． [7]中国齿轮专业协会编委会．中国齿轮年鉴 【M]．中国机械出版社， 】999．3-24．