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UG NX 數控車床自動編程的螺紋加工

2015-12-7 來源：數控機床市場作者：張明豔，劉興勤

摘要：螺紋（wén）自動編程是UG NX 數控車（chē）床加（jiā）工模塊的一個重要操（cāo）作，螺紋加工時的設（shè）置直接影響螺紋加工的質量。闡述了螺紋零件在UG8.5 的CAD 環境中建模的依據及方法，給出了在CAM 環境車削模塊中加工螺紋時設置的要點及步驟。

螺紋連接是工（gōng）程上常用的連接（jiē）方式之一，螺紋連接（jiē）以結構緊湊、連接可靠、拆（chāi）卸方便等優點被廣泛應用於（yú）各種設（shè）備、機器的零部件及日常生活中。螺紋加工的方法主要有車削、銑削、攻絲、套絲、磨（mó）削等，其中螺紋車削是車床加工中難度最大、要求最高（gāo）的操作，在數（shù）控車床上加工螺紋更容易保證螺紋精度（dù）與表麵質量。數控車床車削螺紋時，如果（guǒ）用手工編程，則涉（shè）及到螺紋標準的查詢與計算，及螺紋加工指（zhǐ）令的選擇與應用，整個過程較為繁雜。用自動編程軟件編製螺紋加工程序有利於消（xiāo）除各種類型（xíng）螺紋加工方法（fǎ）的差異性，可有效減少甚至完全消除手工編程時繁瑣的數值計算。關於UG 的自動編程，數控銑削方麵的文獻資料較多，但對數控車削尤其是螺紋加工的自（zì）動編程進行分析的卻鮮有報道。為此，本文將闡述（shù）在（zài）NX8.5 中進（jìn）行數控車（chē）床加工螺紋的方法。

1 螺紋零（líng）件的建模要求

UG 自（zì）動（dòng）編程的基礎就是零件圖形，用UG 所帶（dài）的CAD 模塊可以方便獲得所加工零件的數字（zì）模型。UG 數控車床上螺（luó）紋零（líng）件的（de）建模用特征來實現，方法是在已經完成的回轉體圓柱或圓錐麵上用“特征操作”命令，有兩種螺紋的創建方式，即符號螺紋和詳細螺紋。符號螺紋隻代表（biǎo）零件（jiàn）是螺紋，與工程圖中螺紋表示法類似，此時，UG 將螺紋部分顯示為（wéi）虛線；詳（xiáng）細螺紋是直接形成螺紋的三維圖形，能直觀看到螺紋的形狀。建模時為了生成的工程圖能符合工程製圖標準的要求，將螺紋麵（miàn）投影後不至於（yú）出（chū）現（xiàn）螺旋線，也為了所建螺紋有（yǒu）較為詳細的參數選擇，一般（bān）用符號螺紋的方式來建模。選菜單“插（chā）入”“設計（jì）特征”“螺（luó）紋”，打開（kāi）螺紋對話框如圖1 所示，在“螺紋類（lèi）型”中選“符號”並按照G 提示欄的要求選擇（zé）螺紋所在圓柱麵，這時係（xì）統會自動判斷出與圓柱（zhù）麵最接近的公稱直徑，在“FORM”中選擇（zé）螺紋的（de）標準（如GB193），單擊“從表格中（zhōng）選擇”就可以選擇該螺紋標準（zhǔn）下的相關參數（shù）（如公稱直徑、螺距等），並將該標準下的大徑、小徑、牙形角等一一顯示出來，如（rú）果這些數值（zhí）不（bú）符合要求，可以勾選（xuǎn）“手通過工（gōng）輸入”進行（háng）參數修正。

圖一：螺紋零件建模

2 螺紋的（de）加工設置

螺紋加工在（zài）數控車削加工中一般（bān）是在外圓（yuán）、端麵、退刀槽等精加工（gōng）之後的加工工序。UG 數控車削加（jiā）工時，每道工序的毛坯都是基於層的IPW（In ProcessWorkpiece），即係統會自（zì）動以上一道工序加工（gōng）後的殘留模型作為毛坯進行本次加工。因此在螺紋加工時，幾何體（tǐ）（包括加工坐標係、毛坯幾何體、工件幾何體、車削幾何體）可繼承（chéng）前道工（gōng）序所創建的設置，除非沒有前道工序，才為螺紋加工單獨創（chuàng）建幾何體。但螺紋加工時需要創建與前道（dào）工（gōng）序（xù）不（bú）同的程序、刀具及操作（zuò），其中操作參數的設置是螺紋（wén）加工的關鍵環節，關係到螺紋線的加工位置、螺紋的大徑、小徑尺寸、螺紋加（jiā）工時刀具的（de）走刀方向、起點、終點、吃刀深度、螺紋頭數等重要的加（jiā）工（gōng）參數。以下（xià）將詳細說明外（wài）螺紋加工（gōng）時參數（shù）的意（yì）義及設置方（fāng）法。進（jìn）入UG 車（chē）削加工環境，在“插入”工（gōng）具條中（zhōng）分別單擊“創建程序”、“創建刀具”按鈕，按照要求創建螺紋加工的程序，命名為“THREAD_TURNING”；創建螺紋加工所需要的刀具，命名為OD_THREAD_L。單擊“創（chuàng）建（jiàn）幾（jǐ）何體”創建螺紋加工坐標係MCS-SPINDLE、工件幾何體WORKPIECE 和毛坯幾何體以及車削幾何（hé）體TURNING_WORKPIEACE （這些參數命名是係（xì）統默認的，也可以修改默認名）。在“插（chā）入”工具條中選擇“創建操作”打開“創建操作”對話（huà）框（kuàng），選取“THREAD-OD”子類型，程序”擇“THREAD_TURNING”，“刀具”選擇OD_THREAD_L，“幾何體”選取TURNING_WORKPIEACE，“方法”取“LATHE_THREAD”，“確定”後進入“外螺紋OD”對話框（如圖2 所示））進行“螺紋形狀”的設置。

圖二：螺紋加工設置

（1）Select Crest Line （頂線）Crest Line 的選擇決定了（le）螺紋加工的位置和長度，通常選取螺紋（wén）部分（fèn）的外圓柱體母線作為頂線[3]。該量是（shì）矢量，靠近點擊點位置的直（zhí）線端點為起點，另（lìng）一端為終點，選擇後會在該線兩端分別顯示start 與end 來標（biāo）識。

（2）Select End Line （根線（xiàn））：End Line 的選擇決定螺紋的牙深，頂線（xiàn）選（xuǎn）擇結束後光標會自動跳（tiào）轉到“選擇根線”的位置（zhì），此時可以直接選取根線，一般選擇與螺紋小徑（jìng）相對應的直線，但通（tōng）常（cháng）在建模時並不在模型（xíng）上畫出這條（tiáo）線，因此可以不選；也（yě）可以（yǐ）選取接近根線的其他平行直線代替根線（xiàn）（如退刀槽底線），再（zài）在“根線偏置”中進行設置。

（3）深度選項（xiàng）：有兩個選項，分別代表設置（zhì）根線位置的兩種方法。一種是直接選擇根線（xiàn），另一用“深（shēn）度和（hé）角度”來設置。如（rú）果在（2）中選（xuǎn）取了根線，即第一種方法，此時該選項取“根線”即可；如果（2）中沒有選擇根線，就必須用“深度與角度”進行設置。深度即螺紋牙深（為單邊量），根據螺紋標準獲得；角（jiǎo）度又叫螺紋角，是螺（luó）紋根線的矢量角，即螺（luó）紋加工時走（zǒu）刀（dāo）方向與工作坐（zuò）標係WCS 的XC 軸（也是加工坐標（biāo）係MCS 的ZM 軸）正方向（xiàng）的（de）夾角。設置（zhì）該角度，可（kě）以加工不同錐度（dù）螺紋：加工直螺紋時，取180°如果是錐（zhuī）螺紋，則用180°半錐角獲得。

（4）起始偏置（zhì）與終止偏置：螺紋加（jiā）工中的升速段和降速（sù）段設置。該段是螺紋加工過程中為（wéi）保證軸的轉速和刀具的進給均為穩定（dìng）勻速而設置（zhì）的非加工段，是切入切出的超越長度。設置偏置（zhì）將調整螺紋加工（gōng）的長度，正偏置加長螺紋，負偏置縮短螺紋（wén）。一般情況下（xià），零件有退刀槽（cáo）時，偏置取正，可保證螺紋的有效長度；零件無退刀槽時，終（zhōng）止偏置取負，可控製退尾。

（5）頂線偏置與根線偏置：設置實際加工螺紋的牙頂與（yǔ）牙底位置與所選取的頂線與根線的差值（半（bàn）徑距離）。對於頂線，如果（guǒ）選取了螺紋的外圓柱母線，則頂線（xiàn）偏置值為零（líng）。對於根線（xiàn），如（rú）果選取了替代根線，那麽根線偏置為替代（dài）線半徑與牙底（dǐ）半徑的差值（zhí）；如果根線位置是用“深度和（hé）角度”來設置的（de），則根線偏置為零。

（6）切削深度：該設置用於控製螺紋加工時（shí）每刀切削深度（dù），共有三個選項，分別是“恒定”、“單個的”和“%剩餘”。一般情況下方牙螺紋或（huò）梯形（xíng）螺紋取“恒定”，使每次切削深度一致或接近；選擇“單個的（de）”時會拉開一個表格，用於手工單獨設置每次切深；“%剩餘”用於一般的三角形螺紋加工，隨著切削的（de）深入，程序能夠逐刀減少背吃刀量，使切削過程中每一刀的實際負（fù）荷大致接近，有利於保證螺（luó）紋加工質量。

（7）其他設置：主要是螺紋頭數及切削參數的設置（zhì）。默認螺紋為單頭螺紋，如果是（shì）雙頭螺紋，可在“螺紋頭數”中修改。切削參數設計時要注意主軸轉速和刀具進給的關係，特別是加工的螺紋導程較大時，應適當降低主（zhǔ）軸（zhóu）轉速，避免（miǎn）因主軸轉速（sù）過高而導致的刀具進（jìn）給速（sù）度過快，從而影響到加工質量。以（yǐ）上是UG NX8.5 中（zhōng）創建螺紋加工（gōng）操作時與螺紋線有關的主要參數的意義及設置方（fāng）法，設置完成後再添加非切削移（yí）動參數、主軸轉速（sù）等輔助參（cān）數，單擊“生成軌跡”可形成螺紋加工的（de）刀具軌跡，並可（kě）在UG 中仿真加工過程。如圖3 為根據上述的設置完成的外螺紋加工結果實例。

圖（tú）3 螺紋加工軌跡及仿真加（jiā）工結果

3 結束語

螺紋零件的建模是自動編程的（de）基礎，在UG8.5 數控車（chē）削中為了使螺紋參數與（yǔ）標準螺紋（wén）更相近，建模時盡（jìn）量選擇符號螺紋，並在（zài）加工操作（zuò）的創建中（zhōng）嚴（yán）格按（àn）照各（gè）參數的意義進行設置。用UG 數（shù）控車床自動編程生成的螺紋加工程序中螺紋加工用基本指令（lìng）完成，代替手工編（biān）寫基本指令的（de）繁瑣過（guò）程，如果用於（yú）加（jiā）工錐螺紋，隻（zhī）須正（zhèng）確建模並（bìng）按照上（shàng）述要點進行恰當的（de）設置，就可以自動生成加工程序，省去了許多繁雜的計算。

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