UGNX數控編程技術在Lebus卷筒導向墊塊加工中的應用

鄧玉聰 徐長生

(武漢理工大學物流工程學院武漢430063)

0 引 言

多層卷繞卷筒容繩量大.工程起重機中隨著起升高度的增大,起升機構中卷筒的繞繩量相應增加.采用尺寸較小的多層卷繞卷筒,對減小起升機構尺寸十分有利.但多層卷筒纏繞的鋼絲繩所受的擠壓應力大,相互間摩擦力大,卷繞層數較多時容易產生亂繩現象.國外Lebus公司專有的利巴斯裝置可以有效防止多層卷繞中的亂繩現象.

1 Lebus卷筒結構

利巴斯卷筒(Lebus)利用它特有的平行雙折線繩槽,把交錯纏繞減少到卷筒圓周的20%左右.而80%的纏繞方向都與側板平行,而且卷筒上的每一層鋼絲繩所繞的圈數相同,使纏繞鋼絲繩在卷筒上壘成三角形.也即每層鋼絲繩都為下一層鋼絲繩形成一個槽形,使鋼絲繩之間載荷分布均衡,避免了鋼絲繩之間由于相互切入、擠壓而造成亂繩,如圖1～3所示.

圖1 Lebuss卷筒

圖2 Lebuss卷筒展開三維圖

圖3 Lebuss卷筒三維圖

墊塊是Lebuss卷筒設計中的重要一環,然而,墊塊設計問題尚未得到比較滿意的解決[1-2],原因是墊塊的墊面與鋼絲繩的接觸點在卷筒的徑向、周向和軸向都有變化,其軌跡是一條復雜的空間曲線.設計時,必須通過反復計算或作圖求出一系列坐標點,然后將其連接起來才能顯現到圖紙上.這常常令設計者感到不勝其煩,一些設計將這種復雜的函數關系簡單處理為線性關系,結果是設計出的卷筒墊塊存在誤差,起不到墊面對鋼絲繩的墊托作用.墊面若設計太低,會造成鋼絲繩懸空,雖然不影響鋼絲繩的正常爬升,但對鋼絲繩的破壞很大[3-5];反之,若墊面設計太高,會導致鋼絲繩提前返回,而打亂鋼絲繩在卷筒上的排列次序,導致鋼絲繩出現“亂繩”甚至“跳槽”現象.

為了解決這一問題,本文的設計思路是直接利用UG建立卷筒的三維模型,模擬出鋼絲繩的纏繞路徑,利用布爾運算生成需要加工成的墊塊模型.然后進入UG的CAM模塊,在UG加工應用中生成精確的刀具路徑,利用生成的刀具路徑,通過后置處理產生用于特定數控機床的程序.

2 自動編程

常用的模具數控加工軟件有MasterCAM, Pro/E,UG,Cimtron等.其中,UG是美國EDS公司發布的CAD/CAE/CAM一體化軟件,廣泛應用于航空、航天、汽車及模具等領域.UG可運行于Windows NT平臺,無論零件圖還是裝配圖的設計都從三維實體造型開始,可視化程度很高.其三維CAD是參數化的,一個零件尺寸被修改,可使相關零件產生相應的變化.該軟件還具有人機交互方式下的有限元解算程序,可以進行應變、應力及位移分析.UG的CAM模塊提供了一種產生精確刀具路徑的方法,該模塊允許用戶通過觀察刀具運動來圖形化的編輯刀具軌跡,提供的后處理編譯器可為不同的機床系統做出適合的后處理文件.自動編程軟件工作流程見圖4所示.

圖4 自動編程軟件工作流程圖

UG數控編程有以下優點[6-8].

1)數控加工精度高,質量穩定 尺寸精度一般在0.001～0.01 mm之間,甚至更高,不受工件形狀復雜程度的影響.加工中排除了操作者的主觀誤差,提高了同批零件加工的一致性,使產品質量保持穩定.

2)生產效率高 省去了常規加工過程中的劃線、工序切換時的多次裝夾定位、檢測等工序.在數控設備上的刀庫里把需要用到的刀具都裝上,加工工件時可以自動換刀,不需要中斷加工過程,提高了加工的連續性.一次裝夾就可以完成多個部位的加工,甚至完成工件的全部加工內容.

3)自動化程度高,易于實現計算機控制 除了裝夾工件毛坯還需手工外,全部加工過程都在數控程序的控制下,由數控機床自動完成,不需要人工干預.

3 墊塊的加工編程

以槽底直徑為600 mm,鋼絲繩直徑20 mm,節距21 mm的卷筒為設計對象.墊塊用毛坯為直徑21 mm的圓棒加工而成.利用UG建立的折返側墊塊的三維模型如圖5所示.

考慮到墊塊毛坯為細長桿,加工時的變形會影響到其加工的精度,故將其分成3段加工.加工時以直的棒體為毛坯,加工完后再彎曲焊接到卷筒的相應位置.

下面以折返側墊塊其中的一段為例加以說明.

1)建立加工模型和毛坯模型(圖6中半透明實體)進入UG加工模塊后,設置加工部件和加工毛坯,然后再選擇合適的加工刀具,如圖6所示.

圖5 卷筒折返側墊塊三維模型

圖6 卷筒折返側墊塊第一 次爬坡段的加工模型

2)編寫型腔銑程序,完成幾何體、刀軸、刀跡設置、切削參數等的設置,然后生成刀具路徑,如圖7所示.

圖7 刀具路徑

3)編寫深度加工輪廓程序生成加工路徑,進入后處理,進行加工模擬仿真,如圖8所示.

4)生成加工代碼(以下列出部分代碼)

三維仿真軟件模擬加工、驗證、分析是CAM軟件應用的一個重要環節,模擬分析的好處就是可在計算機上像了解真實加工一樣觀察產品制造的全過程,用計算機來分析還沒有制造出來的零件的質量,并發現設計、制造等存在的問題.驗證分析可以針對產品、零件設計,也可針對數控加工程序.NC程序常用的仿真驗證軟件是上海宇龍公司研制的仿真軟件,它采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數庫,提供多種機床的常用操作面板,可對數控機床操作全過程和加工運行進行仿真.在操作過程中,具有完全自動、智能化的高精度測量功能和全面的碰撞檢測功能,可檢測出刀軌路徑的錯誤以及導致零件、夾具和刀具損壞或機床碰撞等問題,還可對數控程序進行處理.若加工程序的驗證既由編程人員同時也由機床操作人員來做,則可防止錯誤發生.

4 結束語

UG數控編程技術在加工中排除了操作者的主觀誤差,提高了同批零件加工的一致性,使產品質量保持穩定,此方法運用到Lebus卷筒墊塊的加工上,加工精度和效率將可能得到提高.

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