基于UG的環面蝸桿仿真加工技術的應用

田東亮 尹玉梅 荊州理工職業學院

引言：隨著現代技術的發展，CNC技術越來越廣泛地應用到工業生產中。為確保NC程序的正確性，首件試切時常采用易切削的材料，從而來檢驗加工指令，同時亦可以采用軌跡顯示法，但這些方法費時費力，增加了生產周期，同時也使生產成本上升。因此，采用一種能代替試切的計算機仿真方法，并能在試切的環境下，進行模型化、仿真計算和圖形顯示等顯得尤為重要。

目前，CNC加工仿真系統主要有以下幾種：Unigraphics,高檔的CAM軟件的代表，其加工方式完備，計算準確，實用性強，是航空、汽車、造船行業的首選CAM軟件，并且在仿真加工的過程中，還可以直接引用建模過程中的參數變量，完成建模和加工的無縫接口，實現了建模加工一體化。其次是MASTERCAM、PRO/ENGINEER等CAD/CAM軟件。綜合考慮，本文基于UG軟件，實現對環面蝸桿的半成品加工。

1 數控自動編程原理

對于幾何形狀復雜的零件一般需借助計算機，使用規定的數控語言編寫零件源程序，經過后置處理，最后生成加工程序，該方法稱為自動編程。自動編程的一般過程如下：首先將零件圖形及其它信息輸入計算機，經過計算機翻譯，形成零件的幾何數據與拓撲結構；然后確定加工路線、工藝參數和加工方法等；再通過數學處理計算出刀位數據，然后通過后置處理，最終生成NC代碼；最后通過通訊接口將NC代碼送入到機床的控制系統。其原理如圖1所示。

2 蝸桿加工

2.1 確定定蝸桿的加工方法

在普通的車床上加工時，環面蝸桿的精度很難達到要求，因此應選用數控機床來加工，同時為了

圖1 數控編程原理

提高生產效率、同批零件加工的一致性及產品質量穩定性等，對于軸肩、軸頸等結構特征亦選用數控機床來加工。環面蝸桿的加工應先粗車齒槽，之后再在專用的機床上按嚙合原理，通過磨削完成蝸桿齒的終加工，如圖2所示。

圖2 蝸桿零件圖

圖3 生成刀位軌跡的流程圖

2.2 設計流程

根據零件的加工方案，制定生成刀路軌跡的編程步驟如圖3示。

2.3 蝸桿加工的編程

本實例借助UG 中CAM車削模塊，按照上述制定蝸桿加工方案，對其進行仿真加工，最終生成數控加工程序。

2.3.1 創建蝸桿車削節點

蝸桿的車削加工首先應初始化加工環境，然后分別創建程序節點、創建刀具節點、創建幾何節點和創建加工方法節點等，最終完成蝸桿車削節點的創建。

2.3.2 創建蝸桿車削加工操作

（1）車端面、鉆中心孔、車外圓及側肩帶

單擊工具欄中的“創建操作”按鈕，在彈出“創建操作”對話框中，選中“turning”類型中相應的子類型，程序節點、使用幾何體及刀具等選項，確定應用之后，在彈出的對話框中，輸入合適的參數，便可生成刀軌并進行3D動畫仿真加工，如圖4所示。最后通過后置處理，選用合適機床，即可生成相應的NC代碼。

圖4 車端面加工仿真

（2）粗、精車蝸桿齒頂圓弧

如前所述，在“創建操作”對話框中，選中“子類型”的“ROUGH_TURN_OD”圖標，“使用幾何體”選擇“TURNING-WORKPIECE”，刀具選擇前面定義的外圓車刀，名稱選項內輸入相應的名字，其他選項默認系統設置，單擊“應用”按鈕，在彈出的“ROUGH_TURN_OD”對話框中，選擇“Zig_Zag直切”切削方式，然后點擊切削區域中的“包容”按鈕，在彈出的“幾何體包容”對話框中選中“軸向1”和“軸向2”前的復選框，單擊“軸向1”按鈕，在視圖窗口中選中蝸桿左側側肩帶的右圓心，單擊“軸向2”按鈕，在視圖窗口中選中蝸桿右側側肩帶的左圓心，其他選項按系統默認，最后完成“在幾何體包容”對話框的設置。

在“步進”選項中選擇“恒定的”，大小設“2”，單位“mm”；選中“清理”和“附加輪廓加工”前的復選框；單擊“進給率”按鈕，在“進給和速度”對話框“速度”選項卡中，設置“主軸輸出模式”為“RPM”，激活“主軸速度”，并設置為“1000”，最后點擊“確定”按鈕結束“進給和速度”對話框設置。單擊“避讓”按鈕，彈出“避讓參數”對話框，在此對話框中激活“從點”復選框，并在視圖中選擇合適的點，激活“運動到起點”復選框，在視圖中選擇合適的點，激活“運動到回零點”，在下拉選項中選擇“與起點相同”，單擊確定結束“避讓參數”對話框。其它按鈕中參數按系統默認既可。

最后，單擊“生成刀軌”按鈕，在視圖中檢查刀軌有無干涉等其它錯誤，確認無誤后，單擊“確定”按鈕，在彈出“可視化軌跡”對話框中，選中“2D材料去除”復選框，通過2D動畫仿真，調整動畫速度，合適后選中“3D動態”選項卡，點擊“播放”按鈕，便可進行3D動畫仿真加工，如圖5所示。單擊工具條中“后處理”按鈕，在“后處理”對話框“可用機床”選項列表中選擇“LATHE-2-AXIS-TURRETREF”，在“文件名”處，輸入NC代碼保存位置和文件名，生成相應的NC程序，如圖6所示。

圖5 粗車齒頂圓弧加工仿真

圖6 粗車齒頂圓弧NC代碼

精車蝸桿齒頂圓弧與粗車類似，選擇全部完成的走刀方式，加工余量全部設置為0，走刀深度為0.1～0.2mm左右，其他設置按粗加工齒頂圓弧即可完成蝸桿齒頂圓弧的精加工。

（3）粗車、粗磨及精磨蝸桿齒

如前所述，進行相應的設置后，即可生成粗車蝸桿槽的數控代碼。粗精磨蝸桿齒的加工，采用磨輪，按齒輪嚙合原理[6][7]，進行包絡磨削加工。在加工的過程中，給予合適的進給量，并保證蝸桿與刀具的轉速比等于設計時的傳動比，最終完成蝸桿螺旋齒的終加工。

3 結論

在UG的CAM模塊下，基于一實例化模型，通過設置合適的參數，實現了蝸桿的車端面、鉆中心孔、車外形輪廓及粗車蝸桿齒等仿真加工，有效地減少實際生產中試切的次數，降低次品和廢品的數量，相應地降低了產品的生產成本。