UG 軟件在輥軸圓柱面花紋造型與加工中的應用

李儉文，韓雪松，陸尚平

（廣西水利電力職業技術學院，南寧530023）

0 前言

輥壓件是輕工行業中輥壓設備的關鍵零件, 傳統的機械加工技術方法已不能有效解決該零件的制造[1]。目前，輥壓成型技術得到了長足的發展，輥壓成型技術在工業生產中得到了廣泛的應用。例如，在連續的鋁帶或紙張上壓制花紋，首先將設計好的紋路加工在兩根輥軸表面，一根做成凸輥另一根做成凹輥，凸輥與凹輥通過表面的花紋嚙合轉動，然后對通過兩輥間的材料進行輥壓成型加工。而輥軸表面花紋的加工需要使用四軸聯動的數控銑床，需要用CAM 軟件進行加工刀路和程序的編制。

在常用的CAM 軟件中，UG 是一個交互式CAD/CAM 系統，它功能強大，可以輕松實現各種復雜實體及造型的建構，在工業生產中有著廣泛的應用。本文使用UG NX10 進行輥軸花紋及加工刀路設計，探索了一種應用UG 軟件進行圓柱面復雜圖案四軸聯動銑削加工刀路的設計方法。

1 輥軸零件特征分析

在機器上能滾動的圓柱形機件統稱為輥軸。為了在特定的材料或者零件上滾壓出所需要的花紋圖案，經常需要在輥軸圓柱面上分布著許多形狀復雜的花紋，并且花紋的紋路在圓柱面上首尾相接，形成纏繞狀，當凸輥與凹輥嚙合旋轉時，就能在塑性薄膜表面滾壓出連續的花紋。如圖1 所示。

圖1 輥軸花紋

2 輥軸表面花紋設計

隨著數控技術的發展，多軸數控加工中心正在得到越來越為廣泛的應用，特別是給空間曲面的加工帶來了十分的便利，但是往往在加工過程中由于機床間隙、振動、機床磨損的原因造成“跳刀”的問題。“跳刀”是指多軸數控加工過程中，刀尖碰傷工件表面，影響加工質量。同時，由于刀尖與工件之間的強烈撞擊，使刀具“崩刃”，并加快刀尖的破損，降低加工精度，引起的噪聲對環境也造成危害。利用UG軟件很方便地做出輥軸及其花紋的三維造型，同時空間造型與運動軌跡的融合，有效地避免了“跳刀”。具體步驟如下。

2.1 創建圓柱展開直線

創建圓柱展開直線需要創建輥軸基礎圓柱體、創建于基礎圓柱體相切的基準平面，將圓柱面展開成平面等。具體步驟如下：【菜單】→【插入】→【派生曲線】→【纏繞/展開曲線】→打開展開曲線對話框→選擇兩條圓形曲線→選擇圓柱面→選擇與圓柱體相切的基準平面→得到兩條圓柱展開直線。如圖2 所示。

圖2 圓柱展開直線

2.2 創建花紋草圖

創建花紋草圖，首先要在基準平面上創建草圖，并將展開線投影到草圖平面，然后在草圖中繪制輥軸表面的花紋，最后將草圖平面的花紋曲線纏繞到圓柱面上。具體步驟如下：【菜單】→【插入】→【派生曲線】→【纏繞/展開曲線】→打開纏繞曲線對話框→選擇草圖平面的花紋曲線→選擇圓柱面→選擇與圓柱體相切的基準平面→將平面花紋纏繞在圓柱面上。如圖3 所示。

圖3 花紋曲線

2.3 創建柱面上的滾花

在圓柱面上創建突起的花紋也即滾花，需要創建圓柱面、偏置分割曲線、創建凹凸花紋等。具體步驟如下：【菜單】→【插入】→【設計特征】→【墊塊】→打開墊塊對話框→選擇圓柱面→選擇需要突起的曲線→生成凸起的特征，平面圖形映射到圓柱表面是生成實體造型的關鍵步驟。如圖4 所示。對若干個突起的特征進行求差操作就可以得到圓柱面上的花紋特征。

圖4 圓柱面上的滾花

3 輥軸表面花紋加工刀路設計

3.1 平面刀路的設計

輥軸表面花紋加工刀路設計包括：在圓柱展開平面內創建花紋的平面銑削刀路，以及將平面刀路轉換成平面曲線等。步驟如下：用特殊后處理器將刀路轉換成一系列點的坐標值文件“*.dat”→【命令查找器】→搜索“樣條”→找到“樣條（即將失效）”→打開通過點生成樣條對話框→設置曲線類型為“多段”階次為“1 階”→選擇平面刀路的坐標值文件。UG 軟件生成加工軌跡的速度非常快，能夠自動消除加工中的刀具干涉現象。如圖5 所示。

圖5 平面刀路設計

3.2 柱面刀路設計

要在圓柱面上加工花紋則還需要將刀路平面曲線纏繞到圓柱面上，再用可變輪廓銑創建圓柱面花紋銑削刀路。步驟如下：驅動方式設置為“曲線/點”→選取纏繞在圓柱面上的刀路曲線→刀軸設為“垂直于部件”。如圖6 所示。最后還要選擇夾具，工件裝夾方法與刀具的選擇，對刀點與換刀點的確定，切削用量的選擇，以及確定加工順序和走刀路線的確定等。

圖6 柱面刀路設計

4 結束語

通過使用UG 軟件中的“展開”命令能將圓柱面上的紋路轉換成平面紋路，在展開平面上創建加工刀路并用“纏繞”命令將刀路投射到圓柱面上，就可以完成輥軸表面花紋的加工。該刀路設計方法通過從平面到曲面形成刀路，空間曲面的加工軌跡可以避免多軸加工中的常見“跳刀”問題，是對圓柱面進行四軸加工編程的有效方案。