基于UG的环面蜗杆仿真加工技术的应用

田东亮 尹玉梅 荆州理工职业学院

引言：随着现代技术的发展，CNC技术越来越广泛地应用到工业生产中。为确保NC程序的正确性，首件试切时常采用易切削的材料，从而来检验加工指令，同时亦可以采用轨迹显示法，但这些方法费时费力，增加了生产周期，同时也使生产成本上升。因此，采用一种能代替试切的计算机仿真方法，并能在试切的环境下，进行模型化、仿真计算和图形显示等显得尤为重要。

目前，CNC加工仿真系统主要有以下几种：Unigraphics,高档的CAM软件的代表，其加工方式完备，计算准确，实用性强，是航空、汽车、造船行业的首选CAM软件，并且在仿真加工的过程中，还可以直接引用建模过程中的参数变量，完成建模和加工的无缝接口，实现了建模加工一体化。其次是MASTERCAM、PRO/ENGINEER等CAD/CAM软件。综合考虑，本文基于UG软件，实现对环面蜗杆的半成品加工。

1 数控自动编程原理

对于几何形状复杂的零件一般需借助计算机，使用规定的数控语言编写零件源程序，经过后置处理，最后生成加工程序，该方法称为自动编程。自动编程的一般过程如下：首先将零件图形及其它信息输入计算机，经过计算机翻译，形成零件的几何数据与拓扑结构；然后确定加工路线、工艺参数和加工方法等；再通过数学处理计算出刀位数据，然后通过后置处理，最终生成NC代码；最后通过通讯接口将NC代码送入到机床的控制系统。其原理如图1所示。

2 蜗杆加工

2.1 确定定蜗杆的加工方法

在普通的车床上加工时，环面蜗杆的精度很难达到要求，因此应选用数控机床来加工，同时为了

图1 数控编程原理

提高生产效率、同批零件加工的一致性及产品质量稳定性等，对于轴肩、轴颈等结构特征亦选用数控机床来加工。环面蜗杆的加工应先粗车齿槽，之后再在专用的机床上按啮合原理，通过磨削完成蜗杆齿的终加工，如图2所示。

图2 蜗杆零件图

图3 生成刀位轨迹的流程图

2.2 设计流程

根据零件的加工方案，制定生成刀路轨迹的编程步骤如图3示。

2.3 蜗杆加工的编程

本实例借助UG 中CAM车削模块，按照上述制定蜗杆加工方案，对其进行仿真加工，最终生成数控加工程序。

2.3.1 创建蜗杆车削节点

蜗杆的车削加工首先应初始化加工环境，然后分别创建程序节点、创建刀具节点、创建几何节点和创建加工方法节点等，最终完成蜗杆车削节点的创建。

2.3.2 创建蜗杆车削加工操作

（1）车端面、钻中心孔、车外圆及侧肩带

单击工具栏中的“创建操作”按钮，在弹出“创建操作”对话框中，选中“turning”类型中相应的子类型，程序节点、使用几何体及刀具等选项，确定应用之后，在弹出的对话框中，输入合适的参数，便可生成刀轨并进行3D动画仿真加工，如图4所示。最后通过后置处理，选用合适机床，即可生成相应的NC代码。

图4 车端面加工仿真

（2）粗、精车蜗杆齿顶圆弧

如前所述，在“创建操作”对话框中，选中“子类型”的“ROUGH_TURN_OD”图标，“使用几何体”选择“TURNING-WORKPIECE”，刀具选择前面定义的外圆车刀，名称选项内输入相应的名字，其他选项默认系统设置，单击“应用”按钮，在弹出的“ROUGH_TURN_OD”对话框中，选择“Zig_Zag直切”切削方式，然后点击切削区域中的“包容”按钮，在弹出的“几何体包容”对话框中选中“轴向1”和“轴向2”前的复选框，单击“轴向1”按钮，在视图窗口中选中蜗杆左侧侧肩带的右圆心，单击“轴向2”按钮，在视图窗口中选中蜗杆右侧侧肩带的左圆心，其他选项按系统默认，最后完成“在几何体包容”对话框的设置。

在“步进”选项中选择“恒定的”，大小设“2”，单位“mm”；选中“清理”和“附加轮廓加工”前的复选框；单击“进给率”按钮，在“进给和速度”对话框“速度”选项卡中，设置“主轴输出模式”为“RPM”，激活“主轴速度”，并设置为“1000”，最后点击“确定”按钮结束“进给和速度”对话框设置。单击“避让”按钮，弹出“避让参数”对话框，在此对话框中激活“从点”复选框，并在视图中选择合适的点，激活“运动到起点”复选框，在视图中选择合适的点，激活“运动到回零点”，在下拉选项中选择“与起点相同”，单击确定结束“避让参数”对话框。其它按钮中参数按系统默认既可。

最后，单击“生成刀轨”按钮，在视图中检查刀轨有无干涉等其它错误，确认无误后，单击“确定”按钮，在弹出“可视化轨迹”对话框中，选中“2D材料去除”复选框，通过2D动画仿真，调整动画速度，合适后选中“3D动态”选项卡，点击“播放”按钮，便可进行3D动画仿真加工，如图5所示。单击工具条中“后处理”按钮，在“后处理”对话框“可用机床”选项列表中选择“LATHE-2-AXIS-TURRETREF”，在“文件名”处，输入NC代码保存位置和文件名，生成相应的NC程序，如图6所示。

图5 粗车齿顶圆弧加工仿真

图6 粗车齿顶圆弧NC代码

精车蜗杆齿顶圆弧与粗车类似，选择全部完成的走刀方式，加工余量全部设置为0，走刀深度为0.1～0.2mm左右，其他设置按粗加工齿顶圆弧即可完成蜗杆齿顶圆弧的精加工。

（3）粗车、粗磨及精磨蜗杆齿

如前所述，进行相应的设置后，即可生成粗车蜗杆槽的数控代码。粗精磨蜗杆齿的加工，采用磨轮，按齿轮啮合原理[6][7]，进行包络磨削加工。在加工的过程中，给予合适的进给量，并保证蜗杆与刀具的转速比等于设计时的传动比，最终完成蜗杆螺旋齿的终加工。

3 结论

在UG的CAM模块下，基于一实例化模型，通过设置合适的参数，实现了蜗杆的车端面、钻中心孔、车外形轮廓及粗车蜗杆齿等仿真加工，有效地减少实际生产中试切的次数，降低次品和废品的数量，相应地降低了产品的生产成本。