圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程

文章编号:1001-2265(2010)10-0091-03

收稿日期:2010-04-16

作者简介:王卫兵(1974 ),男,江西南昌人,江西赣江职业技术学院副教授,硕士,主要从事机械设计与制造相关技术的研究,(E -m ail)

w _oli ve @si na .co m 。

圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程

王卫兵,董燕,胡志新

(江西赣江职业技术学院,南昌 330108)

摘要:应用UG 的二次开发工具UG /Gr i p 开发了圆柱分度凸轮的建模系统,实现了圆柱分度凸轮的三维数字化精确建模,再利用UG CAM 模块的可变轴曲面轮廓铣对凸轮沟槽进行数控编程与加工,提高了圆柱分度凸轮数控加工的质量和效率。

关键词:圆柱分度凸轮;二次开发;多轴编程;UG /Grip 中图分类号:TH 16;TG65 文献标识码:A

Prec iseM ode ling and NC Programm ing of C ylindrical Indexing Ca m Based

on A pplication D evelop m ent of U nigraphics

WANG W ei b i n g ,DONG Yan,HU Zh i x i n g

(Jiangx i Ganjiang V ocational Co llege ,Nanchang 330108,Ch i n a)

Abst ract :On t he basis of t he analysis of surf ace c har acteristics f o r cylindrical indexing ca m ,has estab lished modeling syste m of t hree di m ensional dig itization model f o r cylindrical indexing ca m by UG /Grip ofUG re development tool .On t he basis of discussing f our axis machining appr oach of cy lindrical indexing ca m gr oove ,t he f our axis tool pat h of t he cy lindrical indexing ca m is gener ated by variable cont ourmac hining sche ma in U nigr aphics .

K ey w ords :cy lindrical indexing ca m ;UG /G rip ;NC pr ogr a m ming ;r e develop ment of unigr aphics

0 引言

圆柱分度凸轮机构用于两垂直交错轴间的间隙分度步进运动,具有定位精度高、承载能力大、运动平稳等特点。广泛应用于各种机床与机械设备的间

隙步进机构与步进供料装置等[1]

。圆柱分度凸轮是机构中的关键部件,决定了整个机构的运动学和动力学性能。因此,对凸轮廓面的精确设计与数控加工精度保证的研究至关重要。

使用常规的C AD 建模工具进行圆柱分度凸轮的三维造型比较困难,采用传统的加工方法也难以保证凸轮槽的加工精度。龙村等[2]

、李俊源[3]

分别在AutoCAD 与So lid W orks 环境下,利用VB A 开发了圆柱凸轮的三维CAD 系统,未能实现造型与编程的集成。为了达到较高的凸轮廓面精度,必须对圆柱分度凸轮进行数控加工。圆柱凸轮沟槽的数控加工传统上采用三轴联动的范成等径加工或非等径加工,通过工件的旋转,铣刀作XY 联动,切割加工出凸轮的沟槽

[4 5]

。等径加工的刀具直径必须与滚子相等,

由于不可避免的刀具磨损,因此很难保证加工精度。非等径加工存在的问题有:一是不能按照零件的精确形状进行走刀;二是由于零件的旋转与主轴的移动不能完全同步产生较大误差;三是切削过程中不同的切削位置其实际的切削进给并不相等。因而这种加工方法的精度受到限制。

UG NX 是广泛应用于机械工程领域的集成化C AD /CAM /C AE 软件,其提供UG /Grip 可以对软件功能进行二次开发,以增强UG 的功能,并实现用户

化的定制[6]

。本文利用UG /Grip 编程工具开发了圆柱分度凸轮辅助建模系统,可方便地实现不同结构参数的圆柱分度凸轮精确建模,再利用UG NX 加工模块的可变轴曲面轮廓铣编制凸轮沟槽的多轴加工程序。

1 圆柱分度凸轮精确建模

1 1 圆柱分度凸轮的方程

[1 2]

圆柱分度凸轮机构的坐标系包括有:与机架相连的定坐标系X 0Y 0Z 0,与凸轮相连的动坐标系

91 2010年第10期

工艺与装备

X 1Y 1Z 1,与分度盘相连的动坐标X 2Y 2Z 2。

分度盘上的滚子曲面在X 2Y 2Z 2坐标系中的表达式如下:

x 2=R p 2+R c cos y 2=R r si n z 2=-r

(1)

式中:r 滚子上一啮合点至分度盘基准面的距离;

R p 2 分度盘节圆半径;R r 滚子半径; 滚子啮合角。

凸轮沟槽的中心线在X 1Y 1Z 1坐标系中的表达式如下:

x 2=(x 2cos +py 2si n -c)+(z 2+A )si n y 2=(-x 2cos -py 2si n +c)+(z 2+A )cos z 2=px 2si n -y 2si n

(2)

式中:p 凸轮的旋向系数,左旋为 1 ,右旋为 -1 ;

分度盘转角; 圆柱凸轮转角;

c 中心距;

A 凸轮轴线至分度盘基准面距离。1 2 基于UG /G ri p 的圆柱分度凸轮建模系统开发

建模思想:在圆柱分度凸轮建模中,关键在于沟槽的中心确定。凸轮结构确定后,大部分的距离参数都可以直接指定。而圆柱凸轮转角 、滚子啮合角 是与分度盘转角 相关联的。取 为可变参数,按照方程式计算得到沟槽底的一条曲线,在曲线上按一定的间隔创建一系列的离散点,并保存点坐标;再将r 加上凸轮的厚度与间隙,按同一方程式计算得到在凸轮以外的并与底部曲线上的离散点相对应的

点,同样将其保存;然后读取点数据,连接对应点构建一系列直线;通过这些直线创建曲面。完成一段的曲面创建后,可以再指定滚子曲线偏置参数、凸轮的结构参数与运动参数来创建下一个曲面。所有曲面连接后就完成确定了沟槽的中心。

利用UG /Grip 编写圆柱分度凸轮模型的建模程序

,流程如图1所示。1 3 圆柱分度凸轮三维设计

创建GR I P 程序并经过编译、链接、调试后,就可以在UG NX 中执行,并可以在UG NX 中创建对应的菜单与工具条。调用圆柱分度凸轮建模工具后,按以下步骤创建一个圆柱分度凸轮三维实体模型。(1)指定分度期曲线的圆柱分度凸轮机构的结构参数和运动参数,如图2所示;

(2)输入建立曲线组需要更改的变量生成一个

凸轮运动曲面;

(3)指定下一滚子曲线建立需要更改的变量,创建下一个曲面;

(4)指定转盘停歇期曲线的圆柱分度凸轮机构的结构参数和运动参数;

(5)输入建立曲线组需要更改的变量生成曲面,生成的曲面如图3所示;

图3 生成凸轮运动曲面

92 工艺与装备

组合机床与自动化加工技术