基于UG结合PowerMILL在螺旋齿轮数控加工中的应用

1 引言

　　螺旋齿轮广泛应用于液体流量计的结构中，采用一对互相啮合的螺旋齿轮的流量计具有体积小、重量轻、运行振动噪声小等优点，可测量高粘度流体的流量。过去企业普遍采用滚研和铣磨这两种工艺组合。这种方法加工精度低，加工周期长，难以满足实用要求。随着数控技术的发展，尤其是自动编程技术的应用，复杂曲面的加工逐步得到解决。对于螺旋齿轮的加工，笔者采用基于UG完成了零件的CAD设计，生成三维实体模型；然后将构建好的三维实体模型保存为“STEP”或者“IGES”格式，利用UG和PowerMILL的接口技术，将三维实体模型导人到PowerMILL中，完成螺旋齿轮的CAM加工编程，并以螺旋齿轮的四轴加工为例加以说明。

　　UG(Unigraphies NX)是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。NX具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要，该软件与PowerMILL软件接口匹配较好，可实现数据的共享和交换。

　　PowerMILL由英国Delcam PIe公司出品，它是一种功能强大、加工策略丰富的数控加工编程软件系统。PowerMILL可通过IGES、VDA、STL和多种不同的专用直接接口接受来自任何CAD系统的数据。其功能强大，易学易用，可快速、准确地产生能最大限度发挥CNC数控机床生产效率的、无过切的粗加工和精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和工模具。PowerMILL是一独立运行的世界领先的CAM系统，它是Delcam的核心多轴加工产品，与当今大多数的曲面CAM系统相比有无可比拟的优越性。本文结合实例探讨了通过这两种软件的综合运用，快速高效地实现零件的设计和加工。

2 基于UG构建零件的CAD模型

　　螺旋齿轮形状、尺寸和基于UG构件零件的实体模型。如图1所示。

图 1 螺旋齿轮零件图与实体模型

　　该零件3D模型的建立难点在于零件端面的齿形绘制，由于齿轮的牙数少于5，为非国标齿轮。根据机械原理。得出渐开线的极坐标参数方程式(1)和渐开线形成原理图，如图2所示。

　　本次齿轮设计使用的三角函数较多，须多采用角度。在UG中，要使用直角坐标函数，所以必须将渐开线的极坐标参数方程转化成直角坐标方程，设u为渐开线的发生线所滚过的弧长对应的圆心角，即弧

　　其中，系统参数变量t只能在0-1之间变化，从而使渐开线从齿根圆变化到齿顶圆，这样就为绘制一条渐开线做好了准备。用UG软件建立螺旋齿轮的端面齿形渐开线及三维实体模型。

3 数控加工的工艺安排

　　螺旋齿轮材料选用40Cr，毛坯尺寸为Φ103 X175mm，外圆直径为Φ127.4mm，内孔直径为Φ25mm，相关工艺安排如下：①加工坐标系的确定。以工件的右端面为基准面建立坐标系，由于PowerMILL系统中在创建圆柱毛坯时，总是以z轴为圆柱的轴线，而本例采用X、Y、Z、A四轴机床加工，在加工时又要求模型的轴线与机床的x轴平行，解决这个矛盾可使用世界坐标系来创建毛坯，并用用户坐标系编程，通过调整模型摆放位置变换坐标系，如图3所示；②数控加工工序的安排。加工工序一般可分为：粗加工一半精加工一精加工。本例加工工序采用粗加工一半精加工一精加工；③刀具的选择。按照加工工件轮廓的需求，粗加工和半精加工选用直径为ckl6mm的球头铣刀，精加工选用直径为qbl6mm的球头精铣刀；④工件的定位与夹紧。由于本件全长都需要加工，所以采用阶台心轴利用Φ25mm的圆柱孔来夹紧，用一夹一项的方式来定位。