利用NX表達(dá)式功能對(duì)曲柄銷盤參數(shù)化建模與數(shù)控編程

付躍飛， 吳紅瓊， 熊永釗， 楊家軍， 王充聰

（武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，武漢430084）

0 引 言

對(duì)于機(jī)械零部件的數(shù)控加工，數(shù)控編程的一般步驟為：先分析加工工藝，在CAD軟件中對(duì)零件加工前、后的形狀進(jìn)行三維建模，然后在CAM軟件中編制合適的刀軌，再后處理輸出數(shù)控程序。因結(jié)構(gòu)、形狀各異等原因，各零部件的三維模型一般都要單獨(dú)建立，刀軌的編制也需要單獨(dú)編制。因此，一般零部件的數(shù)控編程技術(shù)準(zhǔn)備流程往往較繁瑣，技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間較長。

對(duì)于有相似結(jié)構(gòu)特征、尺寸不同的一類零部件，其三維模型的建立過程類似，在CAM軟件中編制刀軌過程中的參數(shù)設(shè)置也基本相同，即大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是可重復(fù)利用的。為提高技術(shù)準(zhǔn)備效率，可對(duì)結(jié)構(gòu)相似的零部件進(jìn)行特征分組，對(duì)結(jié)構(gòu)特征完全相同的零部件建立參數(shù)化的三維模型，并在此參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上編制刀軌。對(duì)于不同尺寸的零部件，將尺寸參數(shù)一次性更改，然后更新模型、刀軌、再后處理即可得到所需要的數(shù)控程序，非常便捷省時(shí)。

本文針對(duì)某型調(diào)距槳產(chǎn)品槳轂組件中左旋曲柄盤零件，較詳細(xì)地論述基于UG NX的參數(shù)化建?；竟ぞ摺磉_(dá)式功能，對(duì)零部件進(jìn)行參數(shù)化建模和數(shù)控編程的基本過程。

1 零件的參數(shù)化建模

參數(shù)化建模已成為CAD軟件的一種建模標(biāo)準(zhǔn)，它通過對(duì)尺寸和參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，快速修改設(shè)計(jì)模型，并可衍生出相同的幾何形狀及不同幾何尺寸的同類模型[1-3]。

對(duì)于UG NX軟件，表達(dá)式功能是其提供用戶實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模的一種基本工具。在UG NX中，利用表達(dá)式功能對(duì)零件進(jìn)行參數(shù)化建模的一般步驟是：先分析圖樣，根據(jù)各尺寸參數(shù)提取控制參數(shù)；然后分析零件的設(shè)計(jì)意圖，合理規(guī)劃建模過程，然后建模并建立過程尺寸參數(shù)與控制參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；最后生成三維零件模板[4-5]。

1.1 零件結(jié)構(gòu)特征分析

對(duì)于有相似結(jié)構(gòu)特征的零部件的參數(shù)化建模，第一步可依據(jù)特征進(jìn)行分類，即將結(jié)構(gòu)形式完全相同的零部件歸為一類。然后對(duì)同一結(jié)構(gòu)類型的零部件建立參數(shù)化的三維模型。

曲柄銷盤是調(diào)距槳槳轂組件中的一種重要部件，是一種盤狀零件，其作用是連接槳葉法蘭并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闃~的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)槳葉的變距。曲柄盤的基本結(jié)構(gòu)是盤狀本體的一端設(shè)計(jì)有1個(gè)或2個(gè)曲柄銷，另一端設(shè)計(jì)有與槳葉裝配的銷孔和連接螺栓孔。其中，在曲柄端，對(duì)于不同型號(hào)調(diào)距槳的曲柄盤零件，其曲柄銷底平面的形狀會(huì)因中間是否有弧形的凸起、邊緣是否有坡度面等而不同。因此，對(duì)不同的曲柄盤零件，可依據(jù)其曲柄銷的數(shù)量、曲柄銷底平面是否有弧形凸起、邊緣是否有坡度面對(duì)零件結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分組。

對(duì)于本文所述的某型調(diào)距槳的左旋曲柄盤，圖1所示為其三維示意圖，其上有兩個(gè)曲柄銷，根部為內(nèi)凹圓角，曲柄銷底平面中間無凸起，周圍是均勻的回轉(zhuǎn)坡度面，是一種結(jié)構(gòu)類型的曲柄銷盤。對(duì)于此類型的曲柄盤，若先建立好參數(shù)化的三維模型，并輸出參數(shù)表文件，則對(duì)于同類型不同尺寸的曲柄盤，修改參數(shù)表中的各參數(shù)值，然后導(dǎo)入?yún)?shù)化的三維模板，更新即可得到所需要的三維模型，修改與生成模型非?？旖?。

圖1 某型調(diào)距槳左旋曲柄盤

2.2 零件的參數(shù)化建模過程

對(duì)于上述左旋曲柄盤零件，其參數(shù)化建模的過程如下：

圖2 曲柄盤零件圖樣尺寸示意圖

2）分析零件設(shè)計(jì)意圖，規(guī)劃建模過程，建模并建立尺寸與參數(shù)間的關(guān)聯(lián)。

由于曲柄盤零件的基本結(jié)構(gòu)為盤狀的本體的一端為兩個(gè)曲柄銷，另一端為若干孔特征，則可規(guī)劃此零件的建模過程為：先通過回轉(zhuǎn)建立中間的盤狀本體結(jié)構(gòu)，然后拉伸、回轉(zhuǎn)生成曲柄銷，再通過孔特征工具及陣列功能完成孔系的建模，最后生成倒圓、倒角等細(xì)節(jié)特征。其中控制參數(shù)應(yīng)用在每一過程中，但主要是應(yīng)用在前兩步中的旋轉(zhuǎn)、拉伸前的草圖中。具體過程如下：a. 新建模型文件，導(dǎo)入?yún)?shù)表。通過“工具”-“導(dǎo)入和導(dǎo)出表達(dá)式”導(dǎo)入第一步編制的Excel參數(shù)表，此時(shí)可在部件導(dǎo)航器中看到所有的用戶表達(dá)式，如圖3所示。b.生成零件盤狀本體。先繪制第一個(gè)草圖，在草圖中建立尺寸與控制參數(shù)間的關(guān)聯(lián)，如圖4所示。再回轉(zhuǎn)360°生成盤狀本體。

表1 曲柄盤零件參數(shù)化建?？刂茀?shù)表

圖3 導(dǎo)入后的用戶表達(dá)式

圖4 曲柄盤零件第一個(gè)草圖中的尺寸參數(shù)關(guān)聯(lián)

c.建立曲柄銷特征。由于曲柄銷根部是內(nèi)凹圓角，故根部可通過旋轉(zhuǎn)切除生成，而曲柄銷本體可先通過拉伸生成，不過其截面直徑應(yīng)比曲柄銷本身直徑大，為便于尺寸關(guān)聯(lián)，可將對(duì)應(yīng)草圖中的截面直徑設(shè)置為曲柄銷直徑加上2倍的根部圓角半徑，拉伸時(shí)的長度也應(yīng)利用表達(dá)式以關(guān)聯(lián)控制參數(shù)。d.建立另一端的孔系。先通過孔特征工具生成銷孔和圖樣中角度起始位置的螺栓孔，然后通過陣列特征生成其他的螺栓孔。其中孔的直徑和螺栓孔的角度間距直接在孔特征對(duì)話框和陣列特征對(duì)話框中建立表達(dá)式，對(duì)于銷孔和第1個(gè)螺栓孔的位置參數(shù)，通過在應(yīng)用特征工具之前繪制草圖以建立與控制參數(shù)的關(guān)聯(lián)。e.生成細(xì)節(jié)特征。最后通過倒圓、倒角功能完成剩下的倒角、中間臺(tái)階孔根部倒圓等細(xì)節(jié)特征，相關(guān)尺寸也建立與控制參數(shù)的關(guān)聯(lián)。通過以上步驟，就可生成圖1所示的曲柄盤零件的參數(shù)化模型。

3 基于參數(shù)化模型編制加工刀軌

由于曲柄盤零件螺孔端，加工內(nèi)容主要是車削外圓、內(nèi)孔，然后鉆孔、銑孔、鏜孔，比較簡單，下面較具體地描述基于參數(shù)化的模型，編制在臥式車銑加工中心上半精加工、精加工零件曲柄端的數(shù)控程序。

加工前，零件螺孔端已加工到位，曲柄端余量分布為：兩個(gè)曲柄頂面及底平面均有2 mm余量，曲柄外圓單邊3 mm 余量，曲柄銷根部為R8相切過渡圓角，曲柄底平面外邊緣的坡度面及中間的臺(tái)階孔均未加工。

圖5 零件曲柄端半精加工、精加工前的狀態(tài)

表2 曲柄盤零件曲柄端半精加工、精加工內(nèi)容與順序

待加工內(nèi)容的加工順序如表2所示。按通常的刀路軌跡編制方法，利用UG NX中合適的加工模塊，在上述的參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上編制各工步的刀路軌跡。其中部分工步可能要建立一些輔助面或中間工序模型，此時(shí)可在尺寸到位的參數(shù)化模型基礎(chǔ)上得到，但注意要應(yīng)用表達(dá)式建立與尺寸到位模型的關(guān)聯(lián)。各個(gè)刀路軌跡如圖6所示。

圖6 參數(shù)化模板上生成的加工刀路軌跡

4 利用參數(shù)化模型及刀軌輸出不同規(guī)格零件的程序

有了上述參數(shù)化的模型及刀軌，對(duì)于同結(jié)構(gòu)、不同規(guī)格尺寸的曲柄盤零件，就可以利用參數(shù)化的模板快捷地輸出所需要的數(shù)控程序，而不需要執(zhí)行繁瑣的建模和刀路軌跡編制操作。其具體過程如下：1）修改參數(shù)表。根據(jù)新零件的實(shí)際尺寸值（包括公差值）修改各控制參數(shù)的表達(dá)式，并保存文件。2）導(dǎo)入更改后的參數(shù)表，更新三維模型。通過“工具”-“導(dǎo)入和導(dǎo)出表達(dá)式”選項(xiàng)導(dǎo)入更改后的參數(shù)表，注意勾選上“替代現(xiàn)有表達(dá)式”，確定后，軟件就會(huì)根據(jù)新的參數(shù)值更新三維模型。3）更新刀路軌跡。進(jìn)入“加工”模塊，將各操作的軌跡都重新生成，即為需要得到的刀路軌跡。其中，若加工尺寸規(guī)則發(fā)生變化，先將刀具參數(shù)修改再重新生成刀路軌跡即可。4）后處理輸出數(shù)控程序。選擇合適的后處理器，將重新生成后的刀路軌跡后處理，即可得到所需要的數(shù)控程序。

對(duì)于數(shù)控加工中其他類型的零部件的編程，若遇到結(jié)構(gòu)特征相同、尺寸規(guī)范不同且數(shù)量較多的零部件，則也可采用上述思路，運(yùn)用UG NX的表達(dá)式功能對(duì)同類型的零部件進(jìn)行參數(shù)化建模，并在此參數(shù)化模板的基礎(chǔ)上編制加工刀路軌跡。這樣就可以方便其他尺寸規(guī)格的零部件的數(shù)控加工程序輸出，且整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程較簡單。

5 結(jié) 論

1）UG NX的表達(dá)式功能是其實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模的一個(gè)基本工具，利用它可以很方便快捷地完成對(duì)一般具有相同結(jié)構(gòu)特征的一類零部件的參數(shù)化模型的建立，且執(zhí)行過程較簡單；2）在參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，通過修改參數(shù)表并導(dǎo)入和更新操作，可快速地生成具有不同尺寸規(guī)格的零部件的三維模型；3）對(duì)于同結(jié)構(gòu)特征的一類零部件的數(shù)控編程，通過在參數(shù)化的三維模板上編制加工刀軌，然后通過修改參數(shù)表的方式更新三維模型，再更新加工刀軌，就可快捷地輸出所需要的數(shù)控加工程序。