基于UG&VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真实现

精密制造与自动化 2018年第1期

基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工

仿真实现

汤 熊 胡自化

（岳阳职业技术学院 湖南岳阳 414100）

摘 要 基于UG & VERICUT软件，首先推导了滚子截圆半径方程，以此为基础导出不同滚子类型弧面凸轮廓面方程，然后利用GRIP进行三维建模，并用UG/CAM模块进行刀轨规划及后处理，针对DMU80T，在VERICUT中建立相应的虚拟机床，从而实现对上一步中得到的NC代码进行仿真验证。最后，以锥形滚子弧面凸轮为例，对提出的方案进行了验证。结果表明提出的虚拟加工仿真方案能很好的模拟实际加工过程，从而为弧面凸轮实现快捷、高效、高质开发生产奠定了一定的基础，且进一步完善了弧面凸轮的多轴数控加工工艺。 关键词 弧面凸轮 虚拟加工 UG VERICUT

弧面凸轮机构具有传动链短、精度高、运动平轮加工进行了仿真，但是未从生产实际要求的情况稳、转位可靠、转位与停歇时间比不受等优点，来考虑，对提高弧面凸轮加工的实际意义不大。鉴已成为机械行业中应用最为广泛的凸轮机构，尤其于此，本文基于UG & VERICUT软件，通过不同在数控机床、自动化生产线等领域应用日益普遍。滚子类型弧面凸轮廓面方程，建立弧面凸轮多轴数但是，因为结构比较复杂，我国生产出来的产品和控加工工艺，确立弧面凸轮多轴数控加工仿真方案，国外一些同类产品还是有一定的差距。由于生产工从而实现了弧面凸轮范成法和刀位偏置法的多轴数艺的不成熟，对我国弧面凸轮机构产品的质量、效控加工程序仿真检验。 率和应用产生了很大的影响，严重制约了它的发展， 所以需要在这方面加大投入，深入开展弧面凸轮的1 弧面凸轮统一廓面方程 虚拟加工仿真技术研究，为新技术的开发应用创造以下为球锥滚子弧面凸轮工作廓面方程（即弧良好的条件。 面凸轮的统一廓面方程）：

文献[1]应用PRO/E和VERICUT软件对弧面凸

  (lh)cos1cos2a2(hmasin)2acos(rfmtan)sin1cos2cosCcos2  a2(hasin)2acos(rtan)sinsinmfm2 2 R2,3(lh)sin1a2(hmasin)2acos(rfmtan)cos1cos  (lh)cos1sin2a2(hmasin)2acos(rfmtan)sin1sin2cosCsin2 22 a(hmasin)acos(rfmtan)cos2sin

（1） 通过对式（1）中参数𝛼、𝛾 取不同值，即可得现以圆锥滚子弧面凸轮为例，根据式（1），利出圆柱滚子、圆锥滚子、鼓型滚子及球锥滚子弧面用GRIP语言进行二次开发，然后在UG中进行三凸轮的廓面方程。 维建模，得到如图1所示的三维模型，其相关设计

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汤 熊 等 基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真实现

参数为：C=180、l=80mm、𝑟𝑓=12 mm、ℎ=26 mm、𝛾＝30 mm。

图1 圆锥滚子弧面凸轮三维模型

2 基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真

2.1 基于UG的刀轨规划

下面以圆锥滚子滚子弧面凸轮为例，采用等径加工来进行刀轨的设置。

（1）启动UG，建立相应的圆锥滚子弧面凸轮CAD模型；

（2）选择Start，选中Manufactring，再然后cam_general里面的子文件mill_multi-axis，选择Initialize，对UG/CAM加工环境进行初始化；

（3）启动Create Program按钮，建立相应的程序节点；

（4）启动Create Tool按钮,根据实际的需求，选择相应的刀具类型，以建立加工所需的刀具；

（5）启动Create Geometry按钮，进行加工坐标系、毛坯、加工零件、安全平面等的设置，

（6）启动Create Method按钮，根据加工工艺要求，设置合理的加工余量等参数；

（7）启动Create Operation按钮,创建多轴加工,以实现多轴数控加工刀具轨迹的规划；

（8）在Path Settings中进行加工参数的设置，如切削速度、主轴转速、进/退刀方式等。设置好相关参数后，点击Actions中的Generate按钮，即可生成刀具轨迹，再经过相应的后处理，得到相应的NC代码。

2.2 DMU80T虚拟机床的建立

（1）首先根据DMU80T机床的特征在VERICUT中建立虚拟机床的运动学模型，如图2所示。

（2） 利用UG/CAD模块建立虚拟机床各主要部件的几何模型，通过.ply文件导入至Vericut中，利用Vericut建模模块建立机床的几何模型。图3所示为UG中转台的三维模型，图4所示为DMU80T虚拟机床最终的简化模型。

（3）根据HEIDENHAIN I TNC 530系统对虚拟机床的控制系统进行定制，如所支持的G/M代码、单位、默认编程模式等，保存为hei530.ctl文件。

图2 圆锥滚子弧面凸轮三维模型

图3 转台的三维模型

图4 DMU80T虚拟机床简化模型

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精密制造与自动化 2018年第1期 （4）从实际出发，完善刀具库文件。图5所示为VERICUT的Tool Manager界面。至此DMU80T虚拟机床建立完毕。

图5 刀具管理器界面

2.3 基于VERICUT的仿真

（1）启动VERICUT软件，导入已经建好的DMU80T的机床模型以及与其相对应的文件，将机床的各项参数都设置好，并在机床中添加了夹具和毛坯，如图6所示。

图6 虚拟加工平台

（2）将对刀和加工所需要用到的坐标系设置好后，然后采用偏置法将刀尖对到相关参数后即可进行虚拟加工仿真。图7所示为圆锥滚子弧面凸轮等径加工仿真示意图。

其他类型滚子弧面凸轮仿真结果与此类似，在此不进行赘述。

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(a) 凸轮毛坯

(b) 圆锥滚子弧面

图7 圆锥滚子弧面凸轮仿真示意图

3 结语

在推导了滚子截圆半径方程，以此为基础导出不同滚子类型弧面凸轮廓面方程的基础之上，本文利用UG & VERICUT软件实现了弧面凸轮多轴数控加工虚拟仿真。并以锥形滚子弧面凸轮为例，对本文提出的方案进行了验证。实验结果表明本文提出的虚拟加工仿真方案能很好的模拟实际加工过程，从而为弧面凸轮实现快捷、高效、高质开发生产奠定了一定的基础，且进一步完善了弧面凸轮的多轴数控加工工艺。

参考文献

[1] 常治斌,龚青山,何小龙.基于Pro/ENGINEER 的空间

弧面分度凸轮3D建模与数控加工仿真[J].制造业自动化,2009,31(2):63-67.

[2] 杨冬香,阳大志.基于不同滚子从动件类型的弧面凸轮

CAD

集成系统开发[J].机电工程技

术,2009,38(6):16-18.

[3] 杨冬香.弧面分度凸轮机构CAD_CAM_CNC集成研

究[D].湘潭:湘潭大学,2007.

[4] 李锦标,钟平福,等.精通UG NX5 数控加工[M].北京：

清华大学出版社,2008.

[5] 李云龙,曹岩.数控机床加工仿真系统VERICUT[M].

西安:西安交通大学出版社,2005.