基于UG的分流芯杆四轴数控加工方法

1、第32 卷第3 期2010- 3【39】 基于UG 的分流芯杆四轴数控加工方法 4- axis NC machining methods based on UG for shunt core pole 林新贵，詹欣荣，易根苗 LIN Xin- gui, ZHAN Xin- rong, YI Gen- miao （广州番禺职业技术学院，广州 511483） 摘 要：基于U G N X 4 对分流芯杆进行建模，应用其可变轴曲面轮廓铣加工的功能进行四轴加工的自 动编程，选用合适的四轴数控机床，实现了分流芯杆的加工；该方法对回转类零件进行四轴编 程和加工具有一定的参考价值。 关键词：分流芯杆；U G编

2、程；四轴加工 中图分类号：T H 1 6 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 - 0 1 3 4 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 3 9 - 0 3 收稿日期： 2 0 0 9 - 1 0 - 3 0 作者简介：林新贵（1 9 7 3 - ） ，男，汉族，福建仙游人，讲师，工学硕士，主要从事数控技术方面的教学和研究。 0 引言 四轴加工技术是指同时控制机床上四轴的联 动，实现对零件的加工。它主要用于加工具有复杂 曲面的工件，与三轴联动加工相比，四轴加工更高 效、更精密、能实现自动化加工。模具中的分流芯 杆，具有心形空间槽和半圆形空间槽的结构，用三 轴联动机床难于加工， 采用U

3、G 4.0软件进行建模和 编程，并通过四轴数控铣床制造出高精度、高质量 的分流芯杆；无须钳工修整，即可达到精度与技术 要求。 1 分流芯杆的三维建模 1.1 分流芯杆结构及参数分析 分流芯杆的结构尺寸如图1所示，此零件的结 构特点是： 在76的圆柱体中有一个心形空间槽， 槽深6mm，槽宽10mm；在90的圆柱体中有一个 半圆形空间槽，槽深7.5mm, 槽宽20mm；在半圆形 空间槽上需加工两通孔，材料为45#钢。 分流芯杆的运动规律参数如图2所示： 图2 心形曲线圆周展开图 1.2 分流芯杆的三维建模 根据图 1 和图2 中的有关参数和尺寸，半圆形 空间槽及其上的孔较易构建， 心形空间槽的构建

4、步 骤是先绘制相应的特征点并构造展开曲线， 然后将 展开曲线缠绕至76圆柱面， 最后通过截面沿导引 线扫描得到心形空间槽，分 流芯杆三维模型如图3所示。 2 加工工艺方案设计 毛坯的准备：根据分流 芯杆的结构特点， 如图1所示的零件除心形空间槽、 图1 分流芯杆设计图 图3 分流芯杆模型 【40】第32 卷第3 期2010- 3 半圆形空间槽及其上的通孔外的其它部分， 应该由 数控车床完成加工，为了装夹方便，毛坯预留工艺 凸台，四轴加工后切除。 机床的选择：四轴加工选用的机床是大连机床 集团的VDF850四轴数控铣床， 系统为华中22T， 该 机床在工作台上附加一个旋转分度头 （A轴） ， 机

5、床 最高转速为8000r/min， 机床加工精度为1mm， 能满 足加工要求。 装夹方式：VDF850 是在工作台上附加一个旋 转分度头（A轴）的四轴数控铣床。加工分流芯杆 时采用旋转分度头进行装夹， 采用一夹一顶的方式。 加工工序：结合UG 软件的特点，采用如下表 所示的加工工序。 工艺要点分析： 1）由于 90外圆对基准 A有同轴度要求，因 此在装夹零件时，必须保证精度。 2） 心形空间槽形状复杂， 采用平底铣刀由上至 下进行开粗， 注意下刀位置要在参数表中的A位置。 为了在加工较深位置时， 防止下刀时引起侧面的过 切，侧面选用较大的余量。 3） 心形空间槽的加工策略， 采用的刀具直径与

6、槽宽相同 （当然也可以不同） ， 应特别注意要在空间 槽的端头进刀，不宜在空间槽的中间进刀，因为该 槽直接影响到分流的控制精度， 而端头只要有退让 空间就可以了。 4） 心形空间槽的加工策略， 先采用的较小刀具 直径进行开粗。 5） 在加工90的圆柱体中的半圆形空间槽时， 先采用10的立铣刀对14的通孔加工， 然后再进 行半圆形空间槽加工。 加工半圆形空间槽时,先采用 12的端铣刀进行粗加工。 6） 为了实现半圆空间槽中的R3圆角加工,分析 和设计好刀具轨迹线非常重要。具体思路是：首先 对半圆槽轮廓轨迹线的进行设计和计算,然后将新生 成的轨迹线作为驱动曲线生成刀具轨迹。 这是因为 粗精加工所选

7、用的刀具不同， 半圆槽轮廓轨迹线长 度也不同， 如选择同一条刀具轨迹线将导致零件的 过切。 7） 在进行半圆空间槽中的R3圆角加工时,注意 选择刀具轨迹线的起始位置, 避免因为下刀位置不合 理而引起零件的过切。（本例选在两半圆弧连接线的 中间位置下刀） 3 UG 编程过程 3.1 编程准备 首先将MCS 加工件坐标系原点设在分流芯杆 右端面回转中心位置， 使编程和加工时的坐标系原 点重合，同时便于对刀。为了心形空间槽和半圆形 空间槽编程过程中直观的仿真， 分别绘制出76圆 柱面和90圆柱面几何体作为加工的毛坯。 3.2 编程过程参数的选择 分流芯杆中的心形空间槽和半圆形空间槽的编 程分为粗精加

8、工两部分， 均通过可变轴曲面轮廓铣 的功能实现， 驱动方式均为 “曲线” 。 它的编程过程 需要两个步骤：第1步从驱动几何体上产生驱动点。 第 2 步将驱动点沿投影方向投射到零件几何体上， 产生刀具轨迹点，刀具跟随这些点进行加工。 3.3 后置处理 编程完成并仿真校验合格后就可以进行后置处 理，生成G代码程序。必须根据所选用的机床类型 和数控系统，在UG后处理构造器中,选择NC编码 所需的参数以及机床运动参数，如机床、程序和刀 轨、 数据格式、 列表文件和输出控制及文件预览等， 来创建与加工条件相吻合的四轴后处理程序， 然后 才能进行后置处理。 3.4 优化程序 后置处理生成的程序可直接用于精

9、加工， 但因 吃刀量过大不能直接用于粗加工，可通过下例(斜 体)所示，用增加宏变量实现深度分层方式优化程 【下转第 59 页】 第32 卷第3 期2010- 3【59】 一些传感器，即可实现其他一些功能，如声控、地 面灰度识别等，以便参加各类智能机器人的比赛。 图8 智能机器人样机 本文设计的机器人集传感器技术、单片机技术、电 机控制技术于一体， 可以作为机电专业学生课内实 验和课外竞赛的重要工具。 参考文献： 1 HT46R47,HT46R22,HT46R23,HT46R24A/D 型单片机使 用手册.盛群半导体股份有限公司,2005.3. 2 移动机器人红外避障和单目视觉跟踪的研究J.机电

10、工 程,2006,23(6):60- 62. 3 孙国强,周粉娥.改造灭火机器人J.发明与创新,2008,6. 4 颜兵兵,任福君.供你机器人避障运动分析机器仿真系统 J.科技导报.2008,26(5):56- 59. 5 闫晶,周浚哲,刘喜梅.基于DSP 的智能小车避障系统设计 J.沈阳理工大学学报,2008,27. 6 石然.机器人巡检方案设计及路径规划模型D.山东大学, 2007. 7 朱俊.智能小车的自动化控制J.常州信息职业技术学院 学报,2006,5(4):16- 18. 8 柴旺兴,赵文兵.基于红外传感器的智能车电机调速系统 设计J.中国科技信息,2009,2. 序，实现对工件的

11、粗加工。 %0012 N0040 G00 G90 X- 115. Y0.0 A0.0 S1200 M03 N0050 Z80 G01Z40.F800 #1=0 (加工深度初始值为0) WHILE#1LE6 （当#1小于或等于6时，循环 结束） N0060 G01 Z38- #1 F200. N0070 X- 115.265 A3.179F500 . . . N1500 X- 115.547 A354.735 N1510 X- 115.265 A356.821 N1520 X- 115. A360. G0Z50. N1860 X- 115. A0.0 G01Z40.0F500 #1=#1+0.5 (每层切深0.5mm) ENDW(循环结束) N1530 G00 Z80. N1540 M30 % 4 结束语 通过运用 UG软件进行零件的建模，灵活运用 工艺策略，进行数控编程；通过合理的加工工艺和 机床操作， 实现了分流芯杆的加工。 零件轮廓清晰， 加工精度和表面质量符合设计要求, 实际的加工效果 （末切除工艺凸台）如图所示。 参考文献： 1 黄毓荣,陈大治.UG NX4 高级铣应用应用技术M.