基于UG的變距供送螺桿數控編程研究

趙靜,張金,支雷,王琳

(1.蚌埠學院機械與電子工程系,安徽蚌埠233030;2.徐州徐工鐵路裝備有限公司,江蘇徐州221000;3.安徽柳工起重機有限公司,安徽蚌埠233030)

基于UG的變距供送螺桿數控編程研究

趙靜1,張金2,支雷3,王琳1

(1.蚌埠學院機械與電子工程系,安徽蚌埠233030;2.徐州徐工鐵路裝備有限公司,江蘇徐州221000;3.安徽柳工起重機有限公司,安徽蚌埠233030)

變距供送螺桿在包裝行業中廣泛應用,它的螺旋槽面復雜、加工精度難以保證,其中精確的數控編程是保證加工精度的關鍵.文章以UG CAM和數控技術的相關知識為基礎,說明了UG CAM進行變距供送螺桿數控銑削編程的思路、基本步驟及工藝參數設置等問題,以保證產品加工的可靠實現,是實現變距供送螺桿數控代碼的一種新方法.

變距供送螺桿;UG CAM;數控編程

引言

供送螺桿在包裝行業中廣泛應用,它的主要功能是為工作主機按規律供送瓶罐或其他離散剛性器件,主要是包裝容器、硬質軟料盒等,使輸送線上的瓶罐沿既定的路線、按一定的間距和排列,以所需的狀態和速度成隊列進入主機作業區.[1]其中最廣泛使用的是三段組合式變距分件供送螺桿,如圖1所示,依次由等速度段、變加速度段、等加速度段組成,可以實現供送容器由無序到有序排列的輸送,同時可完成直立前進——側向轉身——縱向躺倒的復雜動作.

由分段組合式螺旋線構成的變距供送螺桿形式復雜,普通機床和一般數控機床都無法加工進行加工,必須使用CNC加工中心通過四坐標(X、Y、Z、A)聯動進行銑削加工.復雜的螺旋線形式導致螺桿的數控編程是加工的難點,本文基于UG CAM和數控技術的相關知識對三段式變距供送螺桿的自動數控編程進行研究.

圖1 三段式變距供送螺桿Fig.1 Three stops variable pitch supplying screw

1 UG CAM的特點

UG是面向制造業集線框模型、曲面造型和實體造型于一體,是參數化和特征化的CAD/CAM高端軟件,它起源于美國麥道飛機公司,以CAD/CAM/ CAE一體化而著稱,目前已廣泛應用于航空、航天、汽車、通用機械等領域.其中CAM數控自動編程模塊尤其出色,在同類軟件中處于絕對領先地位,它提供了一種交互式編程工具,即以工件圖形為輸入方式,并采用人機對話方式,而不需要使用數控語言編制源程序,具有形象直觀、高效及容量掌握等特點,目前,這一技術已成功應用于產品零件的制造過程.[1]因此,用戶通過CAM模塊可將已建立的三維模型直接生成數控代碼,用于產品的加工.

本文變距供送螺桿的數控代碼的生成是利用了CAM模塊的以下兩個功能：(1)數字化仿真功能——UG CAM模塊采用人機對話方式,可以模擬、檢驗和顯示NC刀具.通過模擬樣件試切,節省了機床調試時間、減少刀具磨損和機床清理工作.通過設定裝配模型,可以考慮夾具對加工的影響,避免刀具與夾具間的干涉.通過自定義毛坯形狀,調用NC軌跡數據,可以檢驗由UG生成的刀具路徑的正確性.(2)環境自定義功能——在一定條件下,用戶可以根據自己的工作要求對UG CAM模塊的編程環境進行定制,減少不必要的工作,節省時間,提高工作效率.[2]

2 數控加工編程

2.1 機床的要求

變距供送螺桿的數控加工要求使用四坐標加工中心,即三個平移坐標(X、Y、Z)和旋轉坐標A、

B、C中的任意一個,本文選擇為(X、Y、Z、A)四坐標聯動立式加工中心,如圖2所示.

圖2 加工中心示意圖Fig.2 Schematic of Machining Centre

2.2 UG銑加工流程

通過UG的加工模塊,可實現變距供送螺桿的數控自動編程.其特點是通過導入已生成的三維模型,對加工對象的工藝參數、切削參數及其他信息進行設定,計算機可自動地進行數值計算、軌跡計算、后置處理,生成零件加工程序,并對加工過程進行仿真.對于復雜的零件的編程采用這種方法效率高,可靠性好.

本文進入UG的加工模塊對變距供送螺桿進行數控自動編程,程序流程圖如圖3所示.

圖3 UG銑加工流程Fig.3 Programming process of UG milling

2.3 操作步驟

首先,啟動UG NX4.0選擇模塊,從文件中打開已建立的變距螺桿模型,系統將自動進入加工模塊環境,彈出加工環境對話框[3-6].選擇CAM會話配置中的“cam_general”因為它提供了“mill_planar”、“drill”、“turning”等多種加工環境,針對變距供送螺桿的加工輪廓為曲面,加工形式是四軸聯動銑削加工,選擇CAM設置中的“mill_multi-axis”,點擊初始化按鈕,即可進入多軸聯動銑削曲面加工環境,如圖4所示.

圖4 加工環境Fig.4 machining environment

其次,在工具條選項中依次創建程序、刀具、幾何體、方法和操作.具體步驟為：

(1)點擊創建程序,在對話框的類型菜單中選擇“mill_multi-axis”,父級組菜單中選擇“NC_PROGRAM”,完成程序創建.

(2)點擊創建刀具,在對話框的類型菜單中選擇“mill_multi-axis”,因采用球頭銑刀進行數控加工在子類型中選擇“retrieve_tool”,單擊“應用”后選擇ball_mill選項,輸入刀具的直徑等條件進行搜索如圖5,單擊“確定”后從系統提供中選擇符合要求的刀具,單擊“顯示”,即可顯示刀具形狀及參數如圖6,完成刀具創建.

圖5 刀具對話框Fig.5 Dialog of tool

圖6 顯示刀具Fig.6 Display tool

(3)點擊創建幾何體,在對話框的類型菜單中選擇“mill_multi-axis”,父級組選擇“GEOMETRY”,點擊應用,毛坯幾何體選擇圓柱形坯料,具體選擇界面如圖7,完成幾何體創建.

(4)點擊創建方法,設定部件余量(具體數值根

據用戶需求定義).本文粗加工的加工余量設為2mm,切削步長設為10mm,切削步數設為100,螺桿精加工加工余量設為0.2 mm,切削步長設為1 mm,步數為500.點擊“應用”,完成方法創建

(5)點擊創建操作,驅動方式選擇“曲面區域”,驅動幾何體選擇“螺桿實體的表面”,刀軸選擇“垂直于驅動”,點擊“生成刀軌”,生成刀具運動軌跡,如圖8中藍色陰影部分,完成操作的創建.

圖7 幾何體對話框Fig.7 Dialog of geometry

圖8 刀具軌跡Fig.8 tool-path

再次,完成上述步驟后,系統自動進行刀具運動軌跡的編輯、校驗與仿真,若無誤,可生成刀位文件.單擊“列表”選項,顯示刀位文件,如圖9所示,圖中共六列分別代表選取點X、Y、Z、0、SINA和COSA的坐標值.刀位文件是一種中性文件,與采用哪種特定的數控系統無關,要想得到數控代碼還需進行后處理,按照所用機床及控制器的要求將已生成的刀位文件轉變成數控加工代碼.

圖9 刀位文件Fig.9 Cut location file

圖10 后處理Fig.10 Post-process

最后,進行后處理.UG CAM提供了兩種后處理方法,一種是GPM后處理的方法,另一種是UGPOST后處理方法.本文選擇操作更為簡單的UGPOST后處理方法,它具有強大的自定義功能,既可以用于簡單的加工中心,也可以用于十分復雜的多軸加工中心,其后處理結果與GPM相同.單擊“后處理”選項,彈出如圖10所示對話框,選擇4軸聯動銑削加工,得到NC文件如圖11所示.不同的數控系統NC的格式不同,以常用的FANUC數控系統為例,將NC文件的格式轉變成：NXYZA.對圖11生成的NC代碼進行編輯,在圖9生成的刀位文件中找到對應點的X坐標值添加到NC文件中,生成改進的NC代碼如圖12所示,它與FANUC四軸加工中心使用的數控代碼文件匹配.

圖11 NC代碼Fig.11 NC Code

圖12 改進的NC文件Fig.12 Modified NC file

3 結束語

UG CAM強大的數控編程功能,可以對復雜的零件進行數控自動編程,將技術人員從復雜的手工編程中解放出來,提高了工作效率,確保了加工精度.本文明確了在UG CAM中調試變距供送螺桿數控代碼的詳細步驟,通過此方法可以實現對曲線槽螺桿的自動數控編程,是一種得到變距供送螺桿數控代碼的新方法.

[1]李斐.基于UG設計軟件在數控自動編程技術的應用[J].遼寧經濟管理干部學院學報,2009(2)：39-59

[2]張金.變距螺桿的設計與加工技術研究[D].秦皇島：燕山大學,2010

[3]任學軍,藺小軍,史耀耀,李山.異型螺桿數學模型與數控加工技術研究[J].機床與液壓,2004(1):56-57.

[4]藺小軍,王增強,單晨偉,張鳳娟.異形螺桿數控加工技術[J].機械科學與術,2012,31(9):1420-1423.

[5]Liu Hongyan,Huang Yumei,Gao Feng,etc.UG/CAM-based post-processing method of hybrid machine tools.Nongye jixie Xuebao[J],2008,39(5):160-164.

[6]Miao Zhiyi,Yang Deqing,Yu Hui.NC milling of profiles screw.Advanced Materials Research[J],2010(102):767-770.

［責任編輯張燦邦］UG-based NC Programming Study of Variable Pitch Supplying Screw

ZHAO Jing1,ZHANG Jin2,ZHI Lei3,WANG Lin1
(1.Mechanical and Electronic Engineering Department,Bengbu University,Bengbu 233030,China；2.XCMG Xuzhou Railway Equipment Company,Xuzhou 221000,China；3.Anhui Liugong Crane Co.,Ltd.,Bengbu 233030,China)

Variable pitch supplying screw is widely used in the packaging industry,its spiral groove face complex,precision is difficult to guarantee,the numerical control programming accurately is the key to ensure the processing accuracy.Based on the related knowledge of UG CAM and NC technology,explains UG CAM be feeding screw pitch CNC milling programming ideas,basic steps and process parameter settings and other issues,so as to ensure the reliable?implementation of product processing,It is a new way to achieve CNC code of variable pitch supplying screw.

Variable pitch supplying screw；UG CAM；NC programming

TP391.7

A

1008-9128(2015)05-0040-03

2014-07-24

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201311305014);蚌埠學院自然科學項目(2013ZR02zd)(2014ZR19)

趙靜(1986-),女,安徽蚌埠人,助教,碩士,研究方向：機械設計及理論。