UG 軟件在輥軸圓柱面花紋造型與加工中的應(yīng)用

李儉文，韓雪松，陸尚平

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧530023）

0 前言

輥壓件是輕工行業(yè)中輥壓設(shè)備的關(guān)鍵零件, 傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)方法已不能有效解決該零件的制造[1]。目前，輥壓成型技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，輥壓成型技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在連續(xù)的鋁帶或紙張上壓制花紋，首先將設(shè)計(jì)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(guò)表面的花紋嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，然后對(duì)通過(guò)兩輥間的材料進(jìn)行輥壓成型加工。而輥軸表面花紋的加工需要使用四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，需要用CAM 軟件進(jìn)行加工刀路和程序的編制。

在常用的CAM 軟件中，UG 是一個(gè)交互式CAD/CAM 系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。本文使用UG NX10 進(jìn)行輥軸花紋及加工刀路設(shè)計(jì)，探索了一種應(yīng)用UG 軟件進(jìn)行圓柱面復(fù)雜圖案四軸聯(lián)動(dòng)銑削加工刀路的設(shè)計(jì)方法。

1 輥軸零件特征分析

在機(jī)器上能滾動(dòng)的圓柱形機(jī)件統(tǒng)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(jīng)常需要在輥軸圓柱面上分布著許多形狀復(fù)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(dāng)凸輥與凹輥嚙合旋轉(zhuǎn)時(shí)，就能在塑性薄膜表面滾壓出連續(xù)的花紋。如圖1 所示。

圖1 輥軸花紋

2 輥軸表面花紋設(shè)計(jì)

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸數(shù)控加工中心正在得到越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用，特別是給空間曲面的加工帶來(lái)了十分的便利，但是往往在加工過(guò)程中由于機(jī)床間隙、振動(dòng)、機(jī)床磨損的原因造成“跳刀”的問(wèn)題?！疤丁笔侵付噍S數(shù)控加工過(guò)程中，刀尖碰傷工件表面，影響加工質(zhì)量。同時(shí)，由于刀尖與工件之間的強(qiáng)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(duì)環(huán)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(shí)空間造型與運(yùn)動(dòng)軌跡的融合，有效地避免了“跳刀”。具體步驟如下。

2.1 創(chuàng)建圓柱展開(kāi)直線

創(chuàng)建圓柱展開(kāi)直線需要?jiǎng)?chuàng)建輥軸基礎(chǔ)圓柱體、創(chuàng)建于基礎(chǔ)圓柱體相切的基準(zhǔn)平面，將圓柱面展開(kāi)成平面等。具體步驟如下：【菜單】→【插入】→【派生曲線】→【纏繞/展開(kāi)曲線】→打開(kāi)展開(kāi)曲線對(duì)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(zhǔn)平面→得到兩條圓柱展開(kāi)直線。如圖2 所示。

圖2 圓柱展開(kāi)直線

2.2 創(chuàng)建花紋草圖

創(chuàng)建花紋草圖，首先要在基準(zhǔn)平面上創(chuàng)建草圖，并將展開(kāi)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(kāi)曲線】→打開(kāi)纏繞曲線對(duì)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(zhǔn)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(chuàng)建柱面上的滾花

在圓柱面上創(chuàng)建突起的花紋也即滾花，需要?jiǎng)?chuàng)建圓柱面、偏置分割曲線、創(chuàng)建凹凸花紋等。具體步驟如下：【菜單】→【插入】→【設(shè)計(jì)特征】→【墊塊】→打開(kāi)墊塊對(duì)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(shí)體造型的關(guān)鍵步驟。如圖4 所示。對(duì)若干個(gè)突起的特征進(jìn)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(shè)計(jì)

3.1 平面刀路的設(shè)計(jì)

輥軸表面花紋加工刀路設(shè)計(jì)包括：在圓柱展開(kāi)平面內(nèi)創(chuàng)建花紋的平面銑削刀路，以及將平面刀路轉(zhuǎn)換成平面曲線等。步驟如下：用特殊后處理器將刀路轉(zhuǎn)換成一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值文件“*.dat”→【命令查找器】→搜索“樣條”→找到“樣條（即將失效）”→打開(kāi)通過(guò)點(diǎn)生成樣條對(duì)話框→設(shè)置曲線類型為“多段”階次為“1 階”→選擇平面刀路的坐標(biāo)值文件。UG 軟件生成加工軌跡的速度非?？欤軌蜃詣?dòng)消除加工中的刀具干涉現(xiàn)象。如圖5 所示。

圖5 平面刀路設(shè)計(jì)

3.2 柱面刀路設(shè)計(jì)

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(chuàng)建圓柱面花紋銑削刀路。步驟如下：驅(qū)動(dòng)方式設(shè)置為“曲線/點(diǎn)”→選取纏繞在圓柱面上的刀路曲線→刀軸設(shè)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(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)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(shè)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用UG 軟件中的“展開(kāi)”命令能將圓柱面上的紋路轉(zhuǎn)換成平面紋路，在展開(kāi)平面上創(chuàng)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(shè)計(jì)方法通過(guò)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(jiàn)“跳刀”問(wèn)題，是對(duì)圓柱面進(jìn)行四軸加工編程的有效方案。