【正文】 題目： 基于 UG的曲軸的數(shù)控加工 班 級(jí)： G14204 姓 名： 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 指導(dǎo)教師： 答辯日期： 2021 年 10 月 14 日 摘 要 曲軸是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中心零件， 是引擎的心臟，如果它的功能無(wú)法準(zhǔn)確的執(zhí)行，那么引擎的馬力就無(wú)法正常的發(fā)揮。曲軸的各相對(duì)角度必須正確，否則點(diǎn)火正時(shí)和氣門正時(shí)就無(wú)法精確有序的一個(gè)汽缸接著一個(gè)汽缸的運(yùn)作。如果這順序出了問(wèn)題，可以想見(jiàn)這結(jié)果就是爆震連連。 曲軸 是最難加工的工件之一 ， 它極不對(duì)稱，又長(zhǎng)又纖細(xì)，所用材 料的加工性 也很差， 但 質(zhì)量限制很嚴(yán)，對(duì)制造的要求又非常高。 而運(yùn)用當(dāng)前廣泛使用的三維軟件平臺(tái)，通過(guò)對(duì)其三維實(shí)體造型不斷完善，就可以大大提高曲軸的設(shè)計(jì)精度，進(jìn)而也為提高其工作性能打下了基礎(chǔ)。 目前，國(guó)內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用曲軸磨床，通?？渴止げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸的一致性差。 具有 加工能力強(qiáng)、 精度 高 、效率 高 、一致性好的優(yōu)點(diǎn)， 許多單靠普通車床難以加工或不能加工的零件都可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床來(lái)加工，并能保證優(yōu)良的加工質(zhì)量。 但用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，需要首先進(jìn)行編程，而 曲軸形狀比較復(fù)雜，單靠手工編程，既效率低，又容易出錯(cuò)， 并且也 難以保證質(zhì)量 。有鑒于此，本文作者進(jìn)行了運(yùn)用 UG對(duì)曲軸進(jìn)行三維建模、自動(dòng)編程的嘗試！ 希望通過(guò) UG 軟件與數(shù)控機(jī)床的結(jié)合，克服曲軸加工的難題！ 關(guān)鍵詞： 曲軸 UG 三維建模 自動(dòng)編程 數(shù)控加工 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 2 目 錄 摘 要 .....................................................................................................................................1 1. 緒論 ...................................................................................................................3 UG 軟件平臺(tái)介紹 .................................................................................................3 . 數(shù)控加工 ............................................................................................................8 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展前景 ...........................................................................................8 2. 曲軸加工工藝 ................................................................................................... 11 . 數(shù)控編程的原則步驟 .................................................................................. 15 . 數(shù)控加工工藝的編制 .................................................................................. 11 3. 曲軸的三維建模 ................................................................................................ 18 4. 曲軸數(shù)控仿真 ................................................................................................... 22 5. 結(jié)論與展望 ………………………… ………………………………………………… .36 致謝 … …………… ……………………………………………………………………………… 38 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................................ 39 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 3 1. 緒論 UG 軟件平臺(tái)介紹 UnigraphicsNX 融線框模型、曲面造型、實(shí)體造型為一體，是參數(shù)化和特征化的 CAD/CAM/CAE 系統(tǒng)。系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的富有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，提供了工程上的完全關(guān)聯(lián)性，使 CAD/CAM/CAE 各部分?jǐn)?shù)據(jù)自由切換。以基本特征作為交 互操作的基礎(chǔ)單位，利用特征技術(shù)，用戶可以在更高層次上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程和工程分析，實(shí)現(xiàn)并行工程 CAD/CAPP/CAM 的集成與聯(lián)動(dòng)。這不僅有利于 CAD/CAM 系統(tǒng)之間交換信息，而且有利于信息的共享。應(yīng)用好 Unigrahpics NX 提供的強(qiáng)大的數(shù)控加工編程功能，包括數(shù)控車削、銑削、線切割等編程模塊等，是提高企業(yè)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用水平的一個(gè)重要途徑。 Unigrahics NX/CAM 數(shù)控加工 模塊由 以下重要組成部分：三維建模、刀具軌跡設(shè)計(jì)、刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理、數(shù)控編程模板、 切削參數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)和二次開(kāi)發(fā)功能接口等。 【 1】 數(shù)控編程模板 使用數(shù)控編程模板有利于利用已有的經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)，達(dá)到企業(yè)內(nèi)部資源共享的目的。系統(tǒng)提供了加工程式模板、刀具模板、加工對(duì)象模板和刀具軌跡模板。在模板中不斷注入數(shù)控編程員、加工工藝師和技術(shù)工人等的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，建立起規(guī)范的數(shù)控加工工藝過(guò)程，為強(qiáng)化企業(yè)生產(chǎn)管理、提高產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量打下良好的工藝技術(shù)基礎(chǔ)。 CAM 系統(tǒng)創(chuàng)建用戶自己的模板可以將預(yù)先的加工順序、工藝參數(shù)和切削參數(shù)設(shè)置好。針對(duì)相似的零件加工對(duì)象，應(yīng)用模板可以大幅度提供數(shù)控編程的效率和質(zhì)量，尤其是 在模具行業(yè)對(duì)形似的成組零件的加工。例如，在制造模具時(shí)將加工凸模和凹模時(shí)的最佳工藝過(guò)程定義為加工模板，在加工新的產(chǎn)品對(duì)象時(shí)，只需調(diào)用模板文件，選擇所需的幾何體，并起動(dòng)這個(gè)流程即可。用戶通過(guò)加工 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 4 向?qū)Х浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專家級(jí)的制造過(guò)程指導(dǎo)。通過(guò)向?qū)ВA(yù)先定義的模板可以被激活，并通過(guò)簡(jiǎn)單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。 Unigraphics NX 系統(tǒng)提供了基本的數(shù)控編程模板，用戶 也 可 以 根據(jù)本企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建自己的程式、粗精加工、刀具、產(chǎn)品等類型的編程模板。利用模板之前，需要對(duì)不同產(chǎn)品類的零件的不同加工方式的模 板進(jìn)行整理與收集。在創(chuàng)建模板時(shí)可按加工方式進(jìn)行分類，對(duì)于系列化或相似的加工工藝，如凸凹模具類零件的加工等，則可以包含粗精加工方案、刀具及工藝參數(shù)的選擇等完整的加工流程模板。模板的定義可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與幾何特征劃分，也可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與材料等多種方式進(jìn)行劃分。 【 2】 刀具軌跡的生成 系統(tǒng)提供了鉆孔循環(huán)、攻絲和鏜孔等點(diǎn)位加工編程模塊，具有多種輪廓加工、等高環(huán)切、行切以及島嶼加工平面銑削等編程功能。其提供的 3～ 5 坐標(biāo)復(fù)雜曲面的固定軸與變軸加工編程功能，可以任意控制刀具軸的矢量方向，具有曲面輪廓、等高分層、參數(shù)線 加工、曲面流線、陡斜面和曲面清根等多種刀具軌跡控制方式。 (1)UG/Planar Milling(UG 平面銑削 ) UG 平面銑削模塊功能，包括多次走刀輪廓銑、仿形內(nèi)腔銑、 Z 字形走刀銑削，規(guī)定避開(kāi)夾具和進(jìn)行內(nèi)部移動(dòng)的安全余量，提供型腔分層切削功能、凹腔底面小島加工功能，對(duì)邊界和毛料幾何形狀的定義、顯示未切削區(qū)域的邊界，提供一些操作機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)的指令，如冷卻、刀具補(bǔ)償和夾緊等。 (2)UG/Core amp。 CavityMilling(UG 型芯、型腔銑削 ) 利用 UG 型芯、型腔銑削可完成粗加工單個(gè)或多個(gè)型腔， 可沿任意類似型芯的形狀進(jìn)行去除大余量的粗加工，對(duì)非常復(fù)雜的形狀產(chǎn)生刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，確定走刀方式。通過(guò)容差型腔銑削可加工設(shè)計(jì)精度低、曲面之間有間隙和重疊的形狀，而構(gòu)成型腔的曲面可達(dá)數(shù)百個(gè)，發(fā)現(xiàn)型面異常時(shí)，它可以或自行更正，或在用戶規(guī)定的公差范圍內(nèi)加工出型腔來(lái)。 (3) UG/Fixed AxisMilling(UG 固定軸銑削 ) 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 5 UG 固定軸銑削模塊功，包括產(chǎn)生 3 軸聯(lián)動(dòng)加工刀具路徑功能、加工區(qū)域選擇功能，有多種驅(qū)動(dòng)方法和走刀方式可供選擇，如沿邊界切削、放射狀切削、螺旋切削及用戶定義方式切削等。在沿邊界驅(qū)動(dòng)方式中 ，又可選擇同心圓和放射狀走刀等多種走刀方式，提供逆銑、順銑控制以及螺旋進(jìn)刀方式，自動(dòng)識(shí)別前道工序未能切除的未加工區(qū)域和陡峭區(qū)域，以便用戶進(jìn)一步清理這些地方。 (4) UG/Flow Cut (UG 自動(dòng)清根 ) 自動(dòng)找出待加工零件上滿足 “雙相切條件 ”的區(qū)域，一般情況下這些區(qū)域正好就是型腔中的根區(qū)和拐角。用戶可直接選定加工刀具， UG/Flow Cut 模塊將自動(dòng)計(jì)算對(duì)應(yīng)于此刀具的 “雙相切條件 ”區(qū)域并將其作為驅(qū)動(dòng)幾何，自動(dòng)生成一次或多次走刀的清根程序。當(dāng)出現(xiàn)復(fù)雜的型芯或型腔加工時(shí)，該模塊可減少精加工或半精加工的工 作量。 (5) UG/Variable Axis Milling(UG 變軸銑削 ) 變軸銑削模塊支持定軸和多軸銑削功能，可加工 UG 造型模塊中生成的任意幾何體，并保持主模型的相關(guān)性。該模塊提供經(jīng)多年工程使用驗(yàn)證的 3～ 5 軸銑削功能，提供刀軸控制、走刀方式選擇和刀具路徑生成功能。 (6) UG/Sequential Milling(UG 順序銑 ) UG 順序銑模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能：控制刀具路徑生成過(guò)程中的每一步驟的情況，支持 2～ 5 軸的銑削編程，和 UG 主模型完全相關(guān)，可以自動(dòng)化的方式獲得類似 APT直接編程的絕對(duì)控制 ，允許用戶交互式一段一段地生成刀具路徑，并保持對(duì)過(guò)程中每一步的控制。它提供的循環(huán)功能使用戶可以僅定義某個(gè)曲面上最內(nèi)和最外的刀具路徑，由該模塊自動(dòng)生成中間的步驟。該模塊是 UG 數(shù)控加工模塊中如自動(dòng)清根等功能一樣的特有模塊，適合于高難度的數(shù)控程序編制。 (7) 高速銑削加工的支持 系統(tǒng)提供的等高分層加工應(yīng)用于高速銑削場(chǎng)合，在轉(zhuǎn)角處以圓角的形式過(guò)渡，避免 90176。急轉(zhuǎn) (高速場(chǎng)合對(duì)導(dǎo)軌和電機(jī)容易損壞 )，同時(shí)采用螺旋進(jìn)退刀，系統(tǒng)還提供環(huán)繞等多種方式支持高速加工刀具軌跡的生成策略。 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 6 【 3】 刀具軸的導(dǎo)動(dòng)方式 空間曲面軸加工 涉及的內(nèi)容比較多，尤其是五軸加工時(shí)更明顯。進(jìn)行五軸加工時(shí)，涉及加工導(dǎo)動(dòng)曲面、干涉面、軌跡限制區(qū)域、進(jìn)退刀及刀軸矢量控制等關(guān)鍵技術(shù)。四軸五軸加工的關(guān)鍵技術(shù)之一是理解刀具軸的矢量 (刀具軸的軸線矢量 )在空間的變化。刀具軸的矢量變化是通過(guò)擺動(dòng)工作臺(tái)或主軸的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于矢量不發(fā)生變化的固定軸銑削場(chǎng)合，一般用三軸銑削即可加工出產(chǎn)品。五軸加工關(guān)鍵就是通過(guò)控制刀具軸矢量在空間位置的不斷變化或使刀具軸的矢量與機(jī)床原始坐標(biāo)系構(gòu)成空間某個(gè)角度，利用銑刀的側(cè)刃或底刃切削加工來(lái)完成。刀具軸的矢量變化控制一般有如圖 3 所示的幾種方 式。 【 4】 刀具軌跡的編輯修改 該模塊可在圖形方式下觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況并進(jìn)行圖形化修改，具有刀位文件復(fù)制、編輯和修改，定義刀具、機(jī)床和切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等功能（如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短或修改等），可按用戶需求進(jìn)行靈活的用戶化修改和剪裁等。 【 5】 加工仿真 切削仿真模塊 UG/Vericut 是集成在 UG 軟件中的第三方模塊，它采用人機(jī)交互方式模擬、檢驗(yàn)和顯示 NC 加工程序，是一種方便的驗(yàn)證數(shù)控程序的方法。由于省去了試切樣件的步驟，可節(jié)省機(jī)床調(diào)試時(shí)間，減少刀具磨損和機(jī)床清理工作。通過(guò)定義被切零件的毛坯形狀，調(diào)用 NC 刀 位文件數(shù)據(jù)，就可檢驗(yàn)由 NC 生成的刀具路徑的正確性。 UG/Vericut 可以顯示出加工后并著色的零件模型，用戶可以容易地檢查出不正確的加工情況。作為檢驗(yàn)的另一部分，該模塊還能計(jì)算出加工后零件的體積和毛坯的切除量，因此就容易確定原材料的損失