UG 软件在辊轴圆柱面花纹造型与加工中的应用

李俭文，韩雪松，陆尚平

（广西水利电力职业技术学院，南宁530023）

0 前言

辊压件是轻工行业中辊压设备的关键零件, 传统的机械加工技术方法已不能有效解决该零件的制造[1]。目前，辊压成型技术得到了长足的发展，辊压成型技术在工业生产中得到了广泛的应用。例如，在连续的铝带或纸张上压制花纹，首先将设计好的纹路加工在两根辊轴表面，一根做成凸辊另一根做成凹辊，凸辊与凹辊通过表面的花纹啮合转动，然后对通过两辊间的材料进行辊压成型加工。而辊轴表面花纹的加工需要使用四轴联动的数控铣床，需要用CAM 软件进行加工刀路和程序的编制。

在常用的CAM 软件中，UG 是一个交互式CAD/CAM 系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，在工业生产中有着广泛的应用。本文使用UG NX10 进行辊轴花纹及加工刀路设计，探索了一种应用UG 软件进行圆柱面复杂图案四轴联动铣削加工刀路的设计方法。

1 辊轴零件特征分析

在机器上能滚动的圆柱形机件统称为辊轴。为了在特定的材料或者零件上滚压出所需要的花纹图案，经常需要在辊轴圆柱面上分布着许多形状复杂的花纹，并且花纹的纹路在圆柱面上首尾相接，形成缠绕状，当凸辊与凹辊啮合旋转时，就能在塑性薄膜表面滚压出连续的花纹。如图1 所示。

图1 辊轴花纹

2 辊轴表面花纹设计

随着数控技术的发展，多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用，特别是给空间曲面的加工带来了十分的便利，但是往往在加工过程中由于机床间隙、振动、机床磨损的原因造成“跳刀”的问题。“跳刀”是指多轴数控加工过程中，刀尖碰伤工件表面，影响加工质量。同时，由于刀尖与工件之间的强烈撞击，使刀具“崩刃”，并加快刀尖的破损，降低加工精度，引起的噪声对环境也造成危害。利用UG软件很方便地做出辊轴及其花纹的三维造型，同时空间造型与运动轨迹的融合，有效地避免了“跳刀”。具体步骤如下。

2.1 创建圆柱展开直线

创建圆柱展开直线需要创建辊轴基础圆柱体、创建于基础圆柱体相切的基准平面，将圆柱面展开成平面等。具体步骤如下：【菜单】→【插入】→【派生曲线】→【缠绕/展开曲线】→打开展开曲线对话框→选择两条圆形曲线→选择圆柱面→选择与圆柱体相切的基准平面→得到两条圆柱展开直线。如图2 所示。

图2 圆柱展开直线

2.2 创建花纹草图

创建花纹草图，首先要在基准平面上创建草图，并将展开线投影到草图平面，然后在草图中绘制辊轴表面的花纹，最后将草图平面的花纹曲线缠绕到圆柱面上。具体步骤如下：【菜单】→【插入】→【派生曲线】→【缠绕/展开曲线】→打开缠绕曲线对话框→选择草图平面的花纹曲线→选择圆柱面→选择与圆柱体相切的基准平面→将平面花纹缠绕在圆柱面上。如图3 所示。

图3 花纹曲线

2.3 创建柱面上的滚花

在圆柱面上创建突起的花纹也即滚花，需要创建圆柱面、偏置分割曲线、创建凹凸花纹等。具体步骤如下：【菜单】→【插入】→【设计特征】→【垫块】→打开垫块对话框→选择圆柱面→选择需要突起的曲线→生成凸起的特征，平面图形映射到圆柱表面是生成实体造型的关键步骤。如图4 所示。对若干个突起的特征进行求差操作就可以得到圆柱面上的花纹特征。

图4 圆柱面上的滚花

3 辊轴表面花纹加工刀路设计

3.1 平面刀路的设计

辊轴表面花纹加工刀路设计包括：在圆柱展开平面内创建花纹的平面铣削刀路，以及将平面刀路转换成平面曲线等。步骤如下：用特殊后处理器将刀路转换成一系列点的坐标值文件“*.dat”→【命令查找器】→搜索“样条”→找到“样条（即将失效）”→打开通过点生成样条对话框→设置曲线类型为“多段”阶次为“1 阶”→选择平面刀路的坐标值文件。UG 软件生成加工轨迹的速度非常快，能够自动消除加工中的刀具干涉现象。如图5 所示。

图5 平面刀路设计

3.2 柱面刀路设计

要在圆柱面上加工花纹则还需要将刀路平面曲线缠绕到圆柱面上，再用可变轮廓铣创建圆柱面花纹铣削刀路。步骤如下：驱动方式设置为“曲线/点”→选取缠绕在圆柱面上的刀路曲线→刀轴设为“垂直于部件”。如图6 所示。最后还要选择夹具，工件装夹方法与刀具的选择，对刀点与换刀点的确定，切削用量的选择，以及确定加工顺序和走刀路线的确定等。

图6 柱面刀路设计

4 结束语

通过使用UG 软件中的“展开”命令能将圆柱面上的纹路转换成平面纹路，在展开平面上创建加工刀路并用“缠绕”命令将刀路投射到圆柱面上，就可以完成辊轴表面花纹的加工。该刀路设计方法通过从平面到曲面形成刀路，空间曲面的加工轨迹可以避免多轴加工中的常见“跳刀”问题，是对圆柱面进行四轴加工编程的有效方案。