基于UG NX6.0的整體葉輪的多軸加工技術(shù)
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1、基于UG NX6.0的整體葉輪的多軸加工技術(shù) ?葉輪加工是當(dāng)今多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工最常見(jiàn)的實(shí)例,也是數(shù)控加工的難點(diǎn)之一。本文從實(shí)際出發(fā),使用UG/CAM?五坐標(biāo)編程系統(tǒng)對(duì)整體式葉輪進(jìn)行數(shù)控編程,采用插值方式對(duì)刀軸矢量進(jìn)行勻化處理,采用SWARF方法對(duì)葉片進(jìn)行精加工,同時(shí)合理控制進(jìn)退刀,實(shí)現(xiàn)了整體葉輪葉片高質(zhì)量無(wú)干涉的五坐標(biāo)螺旋銑削加工刀位點(diǎn)軌跡生成。為復(fù)雜產(chǎn)品的造型和數(shù)控加工提供了設(shè)計(jì)思路和方法,也給其他類型葉輪的設(shè)計(jì)與加工提供了參考方案。?作為動(dòng)力機(jī)械的關(guān)鍵部件,整體式葉輪廣泛應(yīng)用于航天航空等領(lǐng)域,其加工技術(shù)一直是制造業(yè)中的一個(gè)重要課題。葉輪的加工質(zhì)量直接影響整機(jī)的動(dòng)力性能和機(jī)械效率,
2、數(shù)控加工是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的加工整體三元葉輪的方法。整體葉輪的加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在:① 三元整體葉輪的形狀復(fù)雜,其葉片多為非可展扭曲直紋面;② 整體葉輪相鄰葉片的空間較小,而且在徑向上設(shè)有半徑的減小通道越來(lái)越窄,因此加工葉輪葉片曲面時(shí)除了刀具與被加工葉片之間發(fā)生干涉外,刀具極易與相鄰葉片發(fā)生干涉;③刀位規(guī)劃時(shí)的約束條件多,自動(dòng)生成無(wú)干涉刀位軌跡較困難。國(guó)外一般應(yīng)用整體葉輪的五坐標(biāo)加]二專用軟件,如美國(guó)NREC 公司的MAX25,MAX2AB葉輪加工專用軟件等。目前,我國(guó)大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家多數(shù)采用國(guó)外大型CAD/cAM 軟件,如UG NX、CATIA、MasterCAM 等來(lái)加工整體葉輪。本文
3、選用目前流行且功能強(qiáng)大的UG NX6.0對(duì)復(fù)雜曲面整體葉輪進(jìn)行加工仿真研究。?1 整體葉輪數(shù)控加工工藝?根據(jù)葉輪的幾何結(jié)構(gòu)特征和使用要求<如圖1>,其基本加工工藝流程為:① 在鍛壓鋁材上車削加T回轉(zhuǎn)體的基本形狀;② 外型整體粗加工;③ 流道粗加工;④ 葉片精加T; ⑤ 對(duì)底部倒圓進(jìn)行清根。 2 機(jī)床準(zhǔn)備?DMU-100T 是從德國(guó)DMG 公司引進(jìn)的一臺(tái)全閉環(huán)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心,采用主軸擺動(dòng)+圓工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。行程參數(shù)為:X軸1 080 IT/ITI,y軸719 mm,Z軸710 mm,/3軸<主軸擺動(dòng)>103°,C軸<工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)>360°。該機(jī)床具有轉(zhuǎn)速高、聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、在軸聯(lián)動(dòng)技
4、術(shù)成熟的特點(diǎn)。機(jī)床控制系統(tǒng)果用HEIDENHAIN iTNC 520 系統(tǒng)。利用UG Post Builder軟件構(gòu)建DMU-100T、機(jī)味專用的開(kāi)置理。?3 刀具的選擇?為提高加工效率,存進(jìn)行流道開(kāi)粗和流道半精加工過(guò)程中盡可能選用大直徑球頭銑刀。但是也要注意使刀具直徑小于葉片間最小距離;在葉片精加工過(guò)過(guò)程中,應(yīng)在保證不過(guò)切的前提下盡可能選擇大直徑球頭刀,即保證刀具半徑大于流道和葉片的交接部分的最大倒圓半徑。在對(duì)流道和相鄰葉片的交接部分進(jìn)行清根時(shí),選擇的刀具半徑小于流通和葉片相接部分的最小倒圓半徑。?4 數(shù)控編程?4.1 粗加工?粗加工是以快速切除毛坯余量為目的,其考慮的重點(diǎn)是加工效率,要求大
5、的進(jìn)給量和盡可能大的切削深度,以便在較短的時(shí)間內(nèi)切除盡可能多的余量。粗加工對(duì)表面質(zhì)量的要求不高,因此,提高粗加工效率對(duì)曲面加工效率及降低加工成本具有重要意義。在UG加工狀態(tài)下,"創(chuàng)建操作"對(duì)話框中。選擇類型"MIL-CONTOUR"建立機(jī)床控制操作,再選擇子類型"CAVITY-MILL"型腔銑。這是三軸聯(lián)動(dòng)的粗加工模式。選用直徑為25R5的圓角銑刀加工,切削方式采用"跟隨部件",背吃刀量的0.6mm,刀具與刀具之間的步距為刀具直徑的65%,部件側(cè)面與底面留余量0.5mm。?4.2 開(kāi)槽與擴(kuò)槽?葉片扭曲且包角較大,刀具在通道內(nèi)要合理擺動(dòng),使得刀具盡可能地接近葉片的兩側(cè)面而又不過(guò)切輪轂及輪蓋。采用
6、通常的刀軸驅(qū)動(dòng)方法很難實(shí)現(xiàn)。刀軸插補(bǔ)
7、切現(xiàn)象,選擇流道兩側(cè)的面為干涉檢查面。選擇驅(qū)動(dòng)方式為"表面積"。刀軸選擇"插補(bǔ)",選用直徑為20 mm 的球刀加工。選擇多重深度切削,步進(jìn)方式采用增量式,增量值為0.5mm。部件留余量為0.3mm。加工時(shí)需要考慮進(jìn)刀退刀的問(wèn)題,在非切削參數(shù)設(shè)置界面,選擇"傳遞快速"區(qū)域之間下拉條中定義好逼近、離開(kāi)、移刀運(yùn)動(dòng)的設(shè)置。其中"安全設(shè)置"設(shè)置為"球"半徑選擇250mm。用刀路變換命令加工其余流道曲面。?4.3 葉片精加工?SWARF 方法也叫側(cè)刃或表面驅(qū)動(dòng)法,SwARF驅(qū)動(dòng)刀軸隨葉片直紋面的U 向或V向連續(xù)變化,刀具底部接觸輪轂面。側(cè)面接觸葉片表面形成單條刀路,從而實(shí)現(xiàn)葉片的精加工。在創(chuàng)建操作對(duì)話框中
8、,選擇類型"mill_multi_zxis"多軸銑加工操作建立模板,選擇"VARIABLE_CONTOUR"子類型變軸銑。選擇驅(qū)動(dòng)方式為"表面積",為了加工到位,曲面百分比方法設(shè)置如圖。刀軸選擇"側(cè)刃驅(qū)動(dòng)",切削模式選擇單向。選用直徑為20 mm 的球刀加工,部件留余量為0。產(chǎn)生的刀具路徑如圖6所示,用刀路變換命令加工其余葉輪曲面。 4.4 流道精加工?同樣選擇類型"mill_multi_zxis"多軸銑加工操作建立模板,選擇"VARIABLE_CONTOUR"子類型變軸銑。幾何體選擇整體葉輪,為了避免有過(guò)切現(xiàn)象,選擇流道兩側(cè)的面為干涉檢查面,選擇驅(qū)動(dòng)方式為"表面積",刀軸選擇"插補(bǔ)"步
9、進(jìn)方式采用"殘余波峰高度",殘余高度為0.005 mm,選用直徑為20mm的球刀加工。用刀路變換命令加工其余流道曲面。?4.5 葉片底部圓角清根加工?同樣選擇類型"mill_multi_zxis"多軸銑加工操作建立模板,選擇"VARIABLE_CONTOUR"子類型變軸銑。幾何體選擇根部圓角部位,選擇驅(qū)動(dòng)方式為"表面積",刀軸選擇"相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體"步進(jìn)方式采用數(shù)字控制模式,步數(shù)為15步,設(shè)置非切削移動(dòng)參數(shù)→傳遞/連接選項(xiàng)→區(qū)域之間→"安全設(shè)置"為"球",半徑選擇200 mm,刀具使用R8的球刀,用刀具路徑變換命令加工其余葉片底部圓角。?4.6 機(jī)床模擬加工仿真?UG系統(tǒng)自帶有3種類型的五軸機(jī)床。
10、本文選用其中的回轉(zhuǎn)/擺動(dòng)型機(jī)床進(jìn)行虛擬仿真加工。擺頭旋轉(zhuǎn)軸是B軸,轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸是C軸。通過(guò)機(jī)床導(dǎo)航器調(diào)入機(jī)床組件和刀具組件。葉輪零件安放在轉(zhuǎn)臺(tái)上面即可進(jìn)行加工仿真。?5 結(jié)束語(yǔ)?本文利用UG NX6.0軟件對(duì)整體葉輪進(jìn)行了加工仿真,合理選擇了加工使用的刀具和機(jī)床,并針對(duì)流道和葉片的幾何特征確定了刀軸的控制方式,選擇了適當(dāng)?shù)牡毒哕壽E驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行了流道和葉片加工軌跡生成。?文中介紹的對(duì)流道的加工采用刀具軸插補(bǔ)加工。這種方式可以通過(guò)在指定的點(diǎn)定義矢量方向來(lái)控制刀具軸,當(dāng)驅(qū)動(dòng)或零件幾何體非常復(fù)雜,又沒(méi)有附加刀具軸控制幾何體時(shí),插補(bǔ) 具軸可以控制劇烈的刀具軸變化,調(diào)節(jié)刀軌,避免碰到障礙物。指定的矢量越多,
11、對(duì)刀具軸的控制越多。使用這種方法時(shí),驅(qū)動(dòng)幾何體引導(dǎo)刀具側(cè)刃,零件幾何體引導(dǎo)刀具底部,可以控制輸出很好的加工刀軌,加工出來(lái)的曲面質(zhì)量。?對(duì)于五軸加工來(lái)說(shuō),最難最重要的是避免發(fā)生干涉。本文對(duì)流道和底部圓角加工時(shí)對(duì)刀具的進(jìn)退刀進(jìn)行了控制,依據(jù)葉輪的特征,區(qū)域之間快速移動(dòng)時(shí)以球的方式控制刀軸的移動(dòng),使刀軌變得更清晰,這樣不僅提高加工效率,而且使加工變得更加安全。 燈飾選購(gòu)布置 家居裝飾常識(shí)—— 基于UG的膠印機(jī)滾筒間中心距分析應(yīng)用UG軟件對(duì)膠印機(jī)離合壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模與虛擬裝配。基于UG的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊,講述了創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真的過(guò)程。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊中的測(cè)量功能,給出一種分析滾筒間中心距的方法
12、。?關(guān)鍵詞:膠印機(jī); 離合壓機(jī)構(gòu);運(yùn)動(dòng)仿真;UG?引言?UG是集CAD/CAE/CAM?于一體、面向制造業(yè)的高端軟件,廣泛應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)、工程仿真和數(shù)字制造等領(lǐng)域。其運(yùn)動(dòng)分析模塊
13、環(huán)節(jié),如支撐座滾輪的調(diào)節(jié)、擺桿機(jī)構(gòu)中撐牙的調(diào)節(jié)以及凸輪和軸承套的不規(guī)則外形,使得用上述方法進(jìn)行分析時(shí),計(jì)算及編程的工作量較大,給該機(jī)構(gòu)的分析帶來(lái)諸多不便。應(yīng)用UG軟件分析,若要了解零、部件處于不同位置時(shí)的參數(shù)值,只需改變裝配模型中零、部件的裝配尺寸,便會(huì)自動(dòng)鏈接到運(yùn)動(dòng)分析模型中,運(yùn)行運(yùn)動(dòng)仿真,便可得到需要的結(jié)果。本文以某膠印機(jī)的機(jī)械"三點(diǎn)支撐式"離合壓機(jī)構(gòu)為例,應(yīng)用UG軟件對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模與仿真分析。?1 "三點(diǎn)支撐"式離合壓機(jī)構(gòu)?"三點(diǎn)支撐式"離合壓機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖[3 見(jiàn)圖1。其工作原理是通過(guò)改變橡皮滾筒12與印版滾筒13及橡皮滾筒與壓印滾筒1O間的中心距,實(shí)現(xiàn)滾筒間的分離與接觸。圖1中印版滾筒軸
14、o 與壓印滾筒軸o。通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝于墻板孔中,滾筒軸的軸心位置保持不變。橡皮滾筒軸o,安裝于滾動(dòng)軸承中,滾動(dòng)軸承安裝于軸承套15的孔內(nèi),軸承套由兩個(gè)固定支撐座滾輪部件14、16及一個(gè)浮動(dòng)支撐滾輪部件11支撐來(lái)確定其中心位置。由于軸承套的外輪廓設(shè)計(jì)成特殊的輪廓曲線,當(dāng)軸承套沿支撐滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),使得橡皮滾筒軸軸心位置發(fā)生變化,起到改變滾筒間中心距的目的。合壓時(shí),合壓凸輪及連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軸承套作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使橡皮滾筒依次與印版滾筒和壓印滾筒相接觸。離壓的過(guò)程則相反。 由上述知,滾筒間中心距的改變主要由軸承套中心位置改變,使得安裝于其孔中的軸承及橡皮滾筒軸軸心位置發(fā)生變化。滾筒間中心距尺寸變化主要
15、由軸承套外輪廓尺寸決定。當(dāng)需對(duì)機(jī)器進(jìn)行調(diào)試或當(dāng)印刷紙張厚度發(fā)生變化時(shí),還可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐座滾輪上的偏心軸來(lái)實(shí)現(xiàn)中心距的微調(diào)。圖2為支撐軸承套的支撐座滾輪部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,該部件主要由偏心軸、滾輪座、滾輪及襯套組成。圖2中O1為偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,O2為偏心軸與滾輪的配合中心,O3為偏心軸上標(biāo)識(shí)孔位置中心。滾輪座與墻板連接,轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸,滾輪隨著偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變位置,起到徑向調(diào)節(jié)的作用。設(shè)偏心距O1O2為a,則滾輪的徑向調(diào)節(jié)范圍為0~2a。
2 離合壓機(jī)構(gòu)的零件建模與裝配?運(yùn)行UG軟件,進(jìn)入建模
16、坐標(biāo)點(diǎn)生成數(shù)據(jù)文件,應(yīng)用Spline/Through points/Points from File指令,讀人數(shù)據(jù)文件,繪制輪廓線,通過(guò)Extrude等指令生成離、合壓凸輪及軸承套的零件圖。圖3為離壓凸輪的實(shí)體模型。
構(gòu)建好零件實(shí)體模型后, 進(jìn)入裝配模塊
17、。設(shè)定圖2中偏心方向遠(yuǎn)離A面最大位置處為0°,當(dāng)偏心軸1繞滾輪座2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)設(shè)定角度為正,則圖示偏心軸上標(biāo)識(shí)孔轉(zhuǎn)至O3'位置時(shí)角度為6O°,當(dāng)偏心位置02位于最下端時(shí),角度值為180°。?
3 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真?對(duì)裝配主模型進(jìn)行簡(jiǎn)化操作后,進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真模塊 18、erence Sets>。根據(jù)離合壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,參見(jiàn)圖1所示零部件名稱,建立各連桿如下:?<1>L001:合壓凸輪1及其輪廓建構(gòu)曲線。?<2>L002:擺桿3、合壓凸輪從動(dòng)件擺動(dòng)滾子建構(gòu)曲線、撐牙4。?<3>L003:擺臂7與棘爪5。?<4>L004:拉桿9。?<5>L005:軸承套15及其建構(gòu)曲線、橡皮滾筒12。?<6>L006:印版滾筒13、壓印滾筒1O。?3.2 定義運(yùn)動(dòng)副、3D 接觸<3D Contact>與阻尼 19、構(gòu)建柱面副 20、>D001: 擺臂運(yùn)動(dòng)副J003 定義阻尼 21、Time與Steps均為360。仿真完成后點(diǎn)擊列出測(cè)量值。所得數(shù)據(jù)繪制成圖形,見(jiàn)圖5。由圖5可知,當(dāng)合壓凸輪轉(zhuǎn)至237°時(shí),合壓動(dòng)作完成,此時(shí)橡皮滾筒與印版滾筒間中心距Rr-p為220.896mm,橡皮滾筒與壓印滾筒間中心距Rr-i為220.908mm。上面的測(cè)量值是偏心軸上的偏心位置遠(yuǎn)離相應(yīng)滾筒時(shí)的值,即偏心位置為0°時(shí)的值。改變支撐座部件中偏心軸與滾輪座的裝配角為180°,滾輪位置隨之改變,重新執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真,相應(yīng)滾筒間的中心距值見(jiàn)圖5。從圖中5可知,當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)至235°時(shí),合壓動(dòng)作完成,橡皮滾筒與印版滾筒中心距為220.872mm, 橡皮滾筒與壓印滾筒中心距為219.126mm。如上所述,只需在裝配主模型中改變相應(yīng)零、部件的裝配參數(shù),便會(huì)自動(dòng)鏈接到運(yùn)動(dòng)主模型中運(yùn)行運(yùn)動(dòng)仿真,從而得到相應(yīng)的值,這是其它幾種分析方法所無(wú)法比擬的。
5 結(jié)論?應(yīng)用UG軟件對(duì)膠印機(jī)離合壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模,講述了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真時(shí)連桿與運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建過(guò)程。利用UG 的運(yùn)動(dòng)分析模塊對(duì)離合壓機(jī)構(gòu)的滾筒間中心距進(jìn)行分析,得到了需要的結(jié)果。與其它分析方法相比,具有簡(jiǎn)單、直觀、工作量少、修改方便等特點(diǎn)。為此類機(jī)構(gòu)的分析提供了一種有效的方法。?
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