【導(dǎo)讀】本畢業(yè)設(shè)計（論文）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的。印、縮印、數(shù)字化或其他復(fù)制手段保存論文。保密的論文在解密后。擺線齒輪，是指齒廓為擺線的等距曲線形狀的盤形或圓環(huán)形齒輪。它由于傳動比大、外輪廓尺寸小、傳動效率高和承載能力強等眾多優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用。隙，從而實現(xiàn)有精密回差要求的傳動。操作下直接繪制出擺線齒輪的齒廓曲線，通過曲線建立三維模型。設(shè)定好各項參數(shù)，使用UG的數(shù)控加工功能將擺線齒輪加工出來。

　　

【正文】 銑刀具路徑 等 高 輪廓銑 等高輪廓銑是型腔銑的一個子類型，等高輪廓銑不需要毛坯幾何體，進退刀相比于型腔銑大大簡化。 如圖 48為等高輪廓銑刀路 圖 4 8 等高輪廓銑刀具路徑 通過與型腔銑的刀路對比可發(fā)現(xiàn)，等高輪廓銑的刀路更為簡潔，而型腔銑還多了進退刀，效率不如等高輪廓銑。雖然二者加工出來的刀路基本相同，但是型腔銑在層之間過渡的時候，不如等高輪廓銑光順。由于等高輪廓銑是型腔銑的一個子類型，沒有毛坯幾何體，所以 等 高 輪廓銑一般用來進行半精加工和精加 工。因此我們選用等高輪廓銑進行齒輪輪廓的精加工，不僅可以提高效率，還可以保證表面精度。 UG數(shù)控加工操作 通過上述分析完數(shù)控加工工藝，制定合理的加工工藝，選擇合理的切削參數(shù)后，便可進行數(shù)控加工。以下是本次加工具體操作方法。 錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 26 UG 數(shù)控仿真加工包括幾個步驟： 1) 進入 UG 加工模塊 2) 創(chuàng)建程序 3) 創(chuàng)建幾何體 4) 創(chuàng)建刀具 5) 創(chuàng)建加工方法 6) 創(chuàng)建工序 7) 生成刀路軌跡 及仿真 進入 UG 加工模塊 要創(chuàng)建 UG 仿真加工程序首先要有零件模型，所以我們先打開之前做的錐形擺線齒輪模型，然后點擊開始里的“加工”命令啟動加工模塊，進入加工環(huán)境。在跳出來的加工環(huán)境對話框中 CAM會話配置選擇 cam_general，要創(chuàng)建的CAM設(shè)置選擇 millcontour（輪廓銑削） 。 創(chuàng)建程序 程序主要用來排列加工工序的次序，并且方便對其進行管理。點擊菜單欄中“ 插入”下的“程序”命令， 彈出 如圖 49所示 的對話框中 ， 執(zhí)行以下操作，類型選擇 mill_contour，名稱為 PROGRAM_1，程序位置默認NC_PROGRAM。點擊確認。 圖 4 9 創(chuàng)建程序?qū)υ捒? 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 27 創(chuàng)建幾何體 創(chuàng)建幾何體主要是定義要加工的幾何對象（包括部件幾何體、毛坯幾何體、切削區(qū)域、檢查幾何體、修剪幾何體）和指定零件幾何體在數(shù)控機床上的機床坐標系（ MCS）。幾何體可以在創(chuàng)建操作之前定義，也可以在創(chuàng)建操作過程中分別指定。要注意的是在操作之前定義的加工幾何體可以為多個操作使用，而在創(chuàng)建操作過程中指定的加工幾何體只能為該操作使用。 選擇下拉菜單“插入”里的“幾何體”命令，系統(tǒng)彈出圖 410 所示的“創(chuàng)建幾何體”對話框。 圖 4 10 創(chuàng)建幾何體窗口 下面是幾何體子類型下的幾個選項的意思。 （機床坐標系 MCS）：使用此選項可以建立 MCS（機床坐標系）和 RCS（參考坐標系）、設(shè)置安全距離和下限平面以及避讓參數(shù) 等。 （工件幾何體 WORKPIECE）：和部件幾何體 MILL_GEOM 一樣用于定義部件幾何體、毛坯幾何體、檢查幾何體和部件的偏置。所不同的是，它通常位于“ MCS_MIL”父級組下，只關(guān)聯(lián)“ MCS_MILL”中指定的坐標系、安全平面、下限平面和避讓等 （切削區(qū)域幾何體 MILL_AREA）：使用此選項可以定義部件、檢查、切削區(qū)域、壁和修剪等幾何體。切削區(qū)域也可以在以后的操作對話框中指定。 錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 28 （邊界幾何體 MILL_BND）：使用此選項可以指定部件邊界、毛坯邊界、檢查邊界、 修剪邊界和底平面幾何體。在某些需要指定加工邊界的操作，如表面區(qū)域銑削、 3D 輪廓加工和清根切削等操作中會用到此選項。 （文字加工幾何體）：使用此選項可以進行 planar_text 和contour_text 操作文本的雕刻。 （部件幾何體 MILL_GEOM）：此選項可以通過選擇模型中的體、面、曲線和切削區(qū)域來定義部件幾何體，毛坯幾何體，檢查幾何體，還可以定義零件的偏置，材料，儲存當(dāng)前的視圖布局與層。 創(chuàng)建幾何體分兩個步驟，先創(chuàng)建機床坐標系，然后再創(chuàng)建幾何體。 1）創(chuàng)建機床坐標系 首先先創(chuàng)建機床坐標系， 在創(chuàng)建加工操作前，應(yīng)顯示機床坐標系，并檢查機床坐標系與參考坐標系的位置和方向是否正確，要盡可能地將參考坐標系、機床坐標系、絕對坐標系統(tǒng)一到同一位置。 在彈出的“創(chuàng)建幾何體”對話框中選擇子類型為 MCS，幾何位置為GEOMETRY，名稱設(shè)為 MCS。點擊確認，系統(tǒng)彈出“ MCS”對話框。在機床坐標系中點擊 CSYS 對話框， 點擊操控器，在“點”對話框的“ ZC”文本框中輸入值 0，單擊確定，完成機床坐標系的創(chuàng)建。接著設(shè)置安全平面。 安全平面的設(shè)置，可以避免在創(chuàng)建每一操作時設(shè)置避讓參數(shù)。安全平面的設(shè)定可以選取模型的表面或者直 接選擇基準面作為參考平面，然后設(shè)定安全平面相對于所選平面的距離。 在安全設(shè)置選項下拉列表中選擇“平面”選項。 單擊“指定平面”按鈕，然后選擇錐形擺線齒輪小端面為指定平面，偏置距離輸入 10，點擊確認完成機床坐標系創(chuàng)建。 2）創(chuàng)建幾何體 設(shè)置完機床坐標系就可以創(chuàng)建幾何體了。繼續(xù)選擇下拉菜單“插入”里的“幾何體”命令，在彈出的“創(chuàng)建幾何體”對話框中選擇子類型為WORKPIECE，幾何位置為剛才所設(shè)置的 MCS，名稱設(shè)為 WORKPIECE_1。 點擊確認彈出 “ 工件 ” 對話框 。點擊 指定部件幾何體，在彈出來的部件幾何體對話框 中選擇幾何對象為錐形擺線齒輪。點擊 指定毛坯，在彈出來的毛坯幾何體對話框中，選擇之前幾何體方式，幾何體選擇之前繪制的毛坯。 創(chuàng)建刀具 在前面已經(jīng)討論過刀具的選擇，這里直接創(chuàng)建所需刀具。 接 選擇下拉菜單“插入”里的“刀具“命令， 系統(tǒng)彈出圖 411 所示的“創(chuàng)建刀具 ”對話框。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 29 在對話框中 選擇類型為 mill_contour，刀具子類型為 MILL，位置默認為GENERIC_MACHIN， 填寫刀具名稱 。點擊確定， 根據(jù)刀具的尺寸創(chuàng)建刀具。這里根據(jù)前面所選擇的 3把刀具，分別創(chuàng)建 3把刀具為后續(xù)加工作準備。由于具體刀具長度得根據(jù)刀具廠商的設(shè)定來選擇，這里我們采用 UG 默認參數(shù)來設(shè)置刀具長度。 圖 4 11 創(chuàng)建刀具對話框 創(chuàng)建加工方法 零件在加工過程中，為了保證精度，一般需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工幾個步驟，而它們的主要差別在于加工后的材料余量和表面粗糙度。加工方法可以設(shè)置對加工余量、切削步距、幾何體的內(nèi)外公差和進給速度，從而控制加工殘留余量。 選擇下拉菜單“插入”里的“方法”命令，系統(tǒng)彈出圖 412所示的“創(chuàng)建方法”對話 框。 按圖 412所示操作，選擇方法子類型為 MOLD_FINISH_HSM，下面的位置方法為 MILL_SEMIFINISH，名稱為 FINISH，點擊確認，系統(tǒng)彈出切削 對話框，輸入部件余量 和公差 后點擊確認完成精加工方法的創(chuàng)建。同樣操錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 30 作，方法子類型選擇 MOLD_ROUGH_HSM，名稱 ROUGH，部件余量 和公差 創(chuàng)建粗 加工方法。 圖 4 12 創(chuàng)建方法對話框 創(chuàng)建工序 在 UG NX 加工中，不同的加工機床和加工方法所對應(yīng)的 NC序列設(shè)置項目將有所不同，每種加工程序設(shè)置項目所產(chǎn)生的加工刀具路徑參數(shù)形態(tài)及適用狀態(tài)也有所不同。所以，用戶可以根據(jù)零件圖樣及工藝技術(shù)狀況，選擇合理的加工方法。 選擇下拉菜單“插入”里的“工序”命令，系統(tǒng)彈 “創(chuàng)建方法”對話框，按照前面所指定的工序，創(chuàng)建加工方法，設(shè)定切削參數(shù)。工序 10 和工序 20 為上下凹面的加工，選擇 FACE_MILLING（平面銑）的加工方法，工序 30和 40為銑孔的加工，選擇 HOLE_MILLING（銑孔）的加工方法。工序 50和工序 60為齒輪輪廓的粗 精加工，選擇 CAVITY_MILL（型腔銑）的加工方法進行粗加工，選擇 ZLEVEL_PROFILE（等高輪廓銑）的方法進行精加工。按照制定好的方法選擇刀具和設(shè)定切削參數(shù)即可完成工序的創(chuàng)建。 生成刀路軌跡 及仿真 前面所做的工作，都是為了生成合理的刀路軌跡，現(xiàn)在我們進行生成刀具軌跡 的操作。在工序?qū)Ш狡髦羞x擇上步驟創(chuàng)建的工序，右擊彈出命令菜單，點擊生成命令，系統(tǒng)自動生成刀路。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 31 點擊菜單欄中的 按鈕，彈出 “刀軌可視化“對話框，選擇 3D動態(tài)，然后點擊 按鈕就可以直觀的觀察刀具路徑。通過觀察刀具路徑可及時發(fā) 現(xiàn)問題，加以改正。 下面是本次加工部分仿真過程圖。 圖 4 13 上凹槽面加工 首先刀具由安全點向下移動，刀具逆時針繞凹槽周邊轉(zhuǎn)動，對凹槽面進行逐層銑削加工，直至加工完成。這里首先對下凹槽面進行了加工，加工完畢后需要替換工件面，重新裝夾工件進行上凹槽面的加工，方法與之前一致。 圖 4 14 銑孔加工 上下凹槽面加工完畢后，不需要更換夾具可繼續(xù)進行銑孔加工。銑孔先對中心孔進行粗銑削加工，加工完后再分別對其他孔進行逐層銑削粗加工。為了使加工精度達到所要求的精度，這里需要再進行精加工。精加工需要更換刀具，然后同樣使用逐層銑削從中心孔開始對工件進行銑孔加工，直至精加工完成。銑孔精加工完成后，齒輪的端面就基本成型了，接著就可以開始對齒輪輪廓進行銑削加工。 錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 32 圖 4 15 輪廓粗加工 齒輪輪廓加工需要更換工件夾具以及刀具，重新裝夾后進行齒輪輪廓加工。這里我使用的方法為 型腔銑加工，它在 工件豎直方向把工件分成若干層，然后由上到下逐層銑削。 刀具逆時針跟隨擺線齒輪的輪廓快速移動，加上刀具自身快速轉(zhuǎn)動，可快速切除材料。加工完后可得到大致的錐形擺線齒輪輪廓。 圖 4 16 齒輪輪廓精加工 最后一步就是錐形擺線齒輪的齒廓精加工，由于擺線齒輪的精度要求較高，而且本次加工的又是錐形擺線齒輪，所以需要先更換錐形刀具。采用等高輪廓銑的方法由上到下對工件進行分層銑削，直至齒輪齒廓表面全部加工完。至此，本次錐形擺線齒輪的仿真加工結(jié)束。 后 處理 上面所做的一切工作，都是為了生成機床能接受的代碼文件，把刀軌文件和 CLSF 點位源文件生成為機床能接收和識別的代碼文件，就是后處理。在操作導(dǎo)航器中選中一個操作或者一個程序組后，用戶可以利用由處理器提供的后處理器系統(tǒng)，來制定具體的機床定義文件和事件處理文檔，之后可用 NX/Post華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 33 進行后置處理，將刀具路徑生成合適的機床 數(shù)控編碼 。用 NX/Post進行后置時，可在 NX加工環(huán)境進行，也可在操作系統(tǒng)環(huán)境下進行。后處理的一般操作步驟如下： 單擊菜單欄中的“后處理“按鈕 ， 在“后處理”對話框的后處理器區(qū)域中選擇 MILL_3_AXIS 選項，設(shè)置好文件輸出位置后點擊確定，系統(tǒng)自動生成后處理文件。 通過上面的幾個操作步驟，一個完整錐形擺線齒輪加工流程就做完了，通過上面的操作我們可以看出，利用 UG 的加工模塊我們可以非常方便的實現(xiàn)加工仿真， UG 的建模和加工模塊不僅可以使模型轉(zhuǎn)換為圖紙，在完成加工仿真后，還可以通過 UG 的后處理功能得到數(shù)控程序（程序詳見附件），再通過數(shù)控機床就可以直接加工出成品。 錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 34 結(jié)論 本 文通過對普通擺線齒輪的研究完成了錐形擺線齒輪的形成和理論輪廓線方程式的推導(dǎo)，接著對錐形擺線齒輪進行了參數(shù)化設(shè)計得出 所需參數(shù)及方程式。并利用 UG 進行建模 ， 通過曲線建立了錐形擺線齒輪的三維模型。根據(jù)數(shù)控加工的基礎(chǔ)，設(shè)定好各項參數(shù)，使用 UG 的數(shù)控加工功能將擺線齒輪加工出來，并通過后處理把刀軌文件和 CLSF 點位源文件生成為機床能接收和識別的代碼文件。 本文雖然基本完成了錐形擺線齒輪的加工，但是由于實際加工經(jīng)驗的欠缺，對于錐形擺線齒輪加工無法完成較高的精度要求，對于刀具強度方面的考慮也有所不周。夾具設(shè)計方面，同樣由于沒有太多設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計時主要考慮了夾具能否夾緊工件，從而忽略了夾具體零件實際生產(chǎn)加工中的可行性問題，如夾具體零件中有些地方難以加工等。這些問題還有待改進。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 35 參考文獻 [1]宮霞霞 , 孫付春 , 李鳳芹 . 基于 UG/Open API 的擺線齒輪的參數(shù)化設(shè)計 [J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 , 20xx, 1: [2] 陳兵奎 ,王淑妍 ,李朝陽 .雙圓盤擺 線輪行星傳動裝置 [P].中國 , , 20xx/12/23. 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