基于UG的變螺距螺旋槽建模及數(shù)控加工編程

林玉泉

摘 ?要：文中闡述了用UG的參數(shù)公式方法進行變螺距螺旋槽零件的立體建模，并應用UG軟件自動編程方法編制螺距螺旋槽零件在四軸加工中心機床上的加工程序，比較分析了各種切削參數(shù)設定和加工工藝方法運用。

關鍵詞：UG;建模;四軸加工;后處理

在機械設備及其零部件中，變螺距螺旋槽類零件十分常見，尤其在現(xiàn)代紡織傳送機構中，變螺距螺旋槽能夠起到改變傳送速度和力矩的作用，如在化纖加彈機、倒筒機、絡筒機、并紗機和包覆絲機等;變螺距螺旋槽零件加工品質(zhì)的好壞嚴重影響著其在機械結構中所起的作用，因此對其加工尺寸精度、形狀穩(wěn)定性以及表面加工質(zhì)量都有較高的要求;許多數(shù)控技術人員剛開始使用四軸機床加工變螺距螺旋槽時未能正確進行變螺距螺旋槽的參數(shù)化幾何模型創(chuàng)建及選用合理的加工方法，造成加工失誤或加工效率低下等現(xiàn)象。用UG參數(shù)公式方法進行變螺距螺旋槽幾何建模具有快捷精確的特點，能夠準確快速地進行加工，具體過程詳細論述如下：

一、變螺距螺旋槽的參數(shù)化幾何模型創(chuàng)建

UG的功能模塊中具有專門針對變螺距螺旋槽形狀的建模和加工方法。在UG中繪制普通的圓柱螺旋線及半徑規(guī)律變化的螺旋線（如阿基米德螺旋線等），可以直接用“螺旋線”命令進行繪制，但該命令不能繪制變螺距螺旋線。繪制變螺距螺旋形狀，必須用參數(shù)公式繪制變螺距螺旋線，變螺距螺旋槽是以變螺距螺旋線為導向線形成的掃掠特征，在UG8.0中，變螺距螺旋線的形狀由起始圈螺距、終止圈螺距、螺旋線圈數(shù)和螺旋線半徑四個參數(shù)所組成;用參數(shù)公式法可表達如下：

Start_pitch=10 ? ? ? ?/起始圈螺距

End_pitch=60 ? ? ? ? /終止圈螺距

Turns=6 ? ? ? ? ? ? ?/螺旋線圈數(shù)

R=25 ? ? ? ? ? ? ? ? /螺旋線半徑

mean_pitch=（Start_pitch+End_pitch）/2 ? /平均螺距

height=Turns*mean_pitch ? ? ? ? ? ? /螺旋線高度

t=0 ? ? ? ? ? /系統(tǒng)變量（0變化到1）

xt=R*cos（360*Turns*t） ? ?/X規(guī)律

yt=R*sin（360*Turns*t） ? ?/Y規(guī)律

x=t*height

x1=0

x2=mean_pitch

x3=height-mean_pitch

x4=height

z1=0

z2=Start_pitch

z3=height-End_pitch

z4=height

zt1=（（（x-x2）*（x-x3）*（x-x4）/（（x1-x2）*（x1-x3）*（x1-x4））））*z1

zt2=（（（x-x1）*（x-x3）*（x-x4）/（（x2-x1）*（x2-x3）*（x2-x4））））*z2

zt3=（（（x-x1）*（x-x2）*（x-x4）/（（x3-x1）*（x3-x2）*（x3-x4））））*z3

zt4=（（（x-x1）*（x-x2）*（x-x3）/（（x4-x1）*（x4-x2）*（x4-x3））））*z4

zt=zt1+zt2+zt3+zt4

將該文件的exp格式文件從UG的“工具”→“表達式”中導入。再用“規(guī)律曲線”中的“根據(jù)方程”方法即得到所求變螺距螺旋線，如圖1：

圖1 ?由參數(shù)公式生成的變螺距螺旋線

得到變螺距螺旋線后，再運用“掃描”命令，最后通過“求和”命令，從而得到變螺距螺旋槽零件建模圖（如圖2）。

圖2 ?變螺距螺旋槽零件建模圖

二、UG中變螺距螺旋槽的四軸數(shù)控加工方法

（一）加工環(huán)境設置。UG加工環(huán)境是指我們進入UG的制造模塊后進行編程作業(yè)的軟件環(huán)境。UG 的CAM功能可以為數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控電火花線切削機編制加工程序，其中數(shù)控銑削模塊中又分為平面銑、型腔銑和固定軸曲面輪廓銑等不同的加工類型。針對變螺距螺旋槽的幾何形狀特點，其中的可變輪廓曲面銑即是UG針對于變螺距螺旋槽的幾何形狀特點而設置的加工環(huán)境模塊。針對此圖中于較深的變螺距螺旋槽形狀，UG可變輪廓銑削可以使用多個深度設置方法進行分層銑削，便于編程者合理設置切削參數(shù)。

圖3 ?可變軸曲面輪廓銑

（二）坐標系設定。在確定了加工對象后UG可以讓我們很方便地選擇工件坐標系，此時需要注意安全設置選項中的安全距離設置;如圖4和圖5所示，如果參考CSYS坐標系不合理，可以通過旋轉(zhuǎn)坐標選擇正確的坐標系。我們選擇起始圈螺距的起始點作為編程原點，同時選擇好驅(qū)動面后注意切削方向和材料方向。

圖4 ?加工坐標系設定

圖 5 ?加工坐標系設定

三、程序編制過程：

（一）加工參數(shù)的設置。操作參數(shù)的設定是UG CAM編程中最主要的工作內(nèi)容，在對話框中需設定加工幾何對象、切削參數(shù)、控制選項等參數(shù)，還有一些選項需要通過二級對話框進行參數(shù)的設置。具體有以下幾方面：

1、加工對象的定義：選擇加工幾何體、檢查幾何體、毛坯幾何體、邊界幾何體、區(qū)域幾何體、底面幾何體等。

2、加工參數(shù)的設置：包括走刀方式的設定，切削行距、切深的設置，加工余量的設置，進退刀方式設置等。

3、工藝參數(shù)設置：包括角控制、避讓控制、機床控制、進給率設定等。

圖 6 ?切削步進參數(shù)設置

變螺距螺旋槽加工中進給和速度參數(shù)設置如下：

圖7 ?非切削移動參數(shù)設定

選擇側(cè)曲面作為應用驅(qū)動幾何體，指定驅(qū)動幾何體，選擇變螺距螺旋槽側(cè)壁軸面圓柱面為限制面，指定切削區(qū)域，加工起點和終點如下圖設置：

圖 8 ?曲面加工起點設定

加工投影矢量設置為“刀軸”， 刀軸設置為“遠離直線” 點擊編輯參數(shù)→點和矢量，見下圖：

圖 9 ?刀軸控制設定

（二）加工刀路的生成。經(jīng)過這些設置后，生成刀軌如下圖：

圖10 ?刀路軌跡

（三）另一側(cè)面的變螺距螺旋壁曲面加工。通過UG/WAVE模塊的曲面復制方法，復制修改驅(qū)動幾何體。如圖11和圖12：

圖11 ?UG/WAVE模塊的曲面復制

圖 12 ?另一側(cè)變螺距螺旋壁

再生成另一側(cè)的刀軌，如圖12通過“后處理”命令，選擇與機床相應的處理器，即可生成G代碼。使用四軸加工，通過工作臺A軸的旋轉(zhuǎn)，刀路可以順利生成。

圖13 ?另一側(cè)變螺距螺旋壁

四、后處理及四軸加工程序生成

四軸機床比三軸機床多了旋轉(zhuǎn)軸，因此四軸機床的加工坐標系是四維坐標系。產(chǎn)生四軸加工程序需要使用UG/Post

Builder為四軸機床建造一個后處理，在完成了機床的控制系統(tǒng)種類選擇后，根據(jù)變螺距螺旋槽加工需要分析機床結構，變螺距螺旋槽建模成型時的旋轉(zhuǎn)軸為Y軸，其旋轉(zhuǎn)平面為ZX平面;在如圖14和15頁面中，設定第四軸選擇平面設為ZX，轉(zhuǎn)軸字頭按照機床系統(tǒng)設為A，公差為0.001，最小旋轉(zhuǎn)角度為0.001，最大角度進給為1500，轉(zhuǎn)軸方向為Normal-符合左手定則，轉(zhuǎn)軸行程限制可設為-9999-9999;其余參數(shù)保持原有的三軸加工機床默認值，不作修改。

（一）UG/CAM 后置處理原理圖

（二）UG/CAM作后置處理的方法。（1）在 Manufacturing

Operation Manager里 通過 Export生成 ?CLSF 文件。（2）Tool

Box CLSF ?進入 ?CSLF Manager。（3）選 Postprocess ?進入數(shù)控后處理菜單 NC Postprocessing。（4）指定機床數(shù)據(jù)文件 MDFA

Specify。（5）設置 ?NC Output ? 成為 ? File 。（6）指定 輸出的NC文件名 ? Output ?File。（7）Postprocess后處理，生成 NC 代碼 ?*.

Ptp 文件。

（三）設置與四軸機床數(shù)據(jù)匹配的MDFA文件

圖14 ?建立四軸后處理

圖15 ?機床第四軸參數(shù)

至此四軸機床的后處理參數(shù)設定已經(jīng)基本完成，保存并使用這個后處理，那么生成的NC程序只需修該程序頭的格式就可以在機床上使用了。因此，充分地利用好UG軟件的可變輪廓銑削方法可以快捷地加工變螺距螺旋槽，迅速準確完成變距螺旋槽零件的加工。

五、結束語

本文通過利用UG軟件對變螺距螺旋槽的建模，運用仿真加工，結合四軸機床的后處理參數(shù)完成加工。在實際應用中，可以縮減程序編制與調(diào)試的時間，降低生產(chǎn)成本，還可以節(jié)省加工設備和現(xiàn)實資源的消耗，對企業(yè)有較好的借鑒意義。

參考文獻：

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