UG软件在涡旋压缩机涡旋盘设计与加工中的应用定位针
2022-08-31 01:18:47 蕴成五金网
UG软件在涡旋压缩机涡旋盘设计与加工中的应用
UG软件在涡旋压缩机涡旋盘设计与加工中的应用 2012年03月02日 来源： 涡旋压缩机主要由动涡旋盘和静涡旋盘组成，动涡旋盘和静涡旋盘具有相同渐开线形成的涡旋柱面壁，相位差180°相对组合而成，并形成数对月牙形封闭空间，即压缩腔，通过压缩腔的变化改变容积，以此达到压缩气体的目的。其优点为：结构简单、体积小、重量轻、零件少(特别是易损件少)、可靠性高。作者主要讨论基于UG软件平台进行涡旋压缩机的零部件设计和加工。1 动涡旋盘实体绘制涡旋盘的结构具有多变性和复杂性。由于型线方程的不同，其参数化的量不同。常用的型线方程有圆渐开线、多边形渐开线、阿基米德螺旋线。有的型线其齿根心部往往需要修正，修正方程不同其参数量也不同。常用的修正方法有图解法和解析法两种，而图解法中又分为双圆弧修正和直线圆弧修正。无论采取哪种修正方法，只要搞清零件最本质特征尺寸关系，从参数最少化原则出发，总是可以进行完全或部分参数化设计。作者仅从圆渐开线方程和刘振全教授提出的型线修正法考虑。动涡盘由涡旋齿、轮毂和端板等结构组成。涡旋齿为柱面，当齿型为圆渐开线，修正角γ和齿厚h时，通过重定义曲线方程参数可以得到各种涡旋齿。轮毂基本参数尺寸不能用数学关系式简单表示，内径和长度根据强度、轴承系列尺寸、装配等要求决定。作者利用UG提供的公式表达式功能来实现内外涡旋型线的绘制。步骤如下：(1)利用公式表达式输入方法，得到一条曲线。公式表达式式对话框如图1，利用编辑菜单中的转换工具生成第二条曲线。
图1 表达式输入对话框
(2)修正渐开线的根部。采用兰州理工大学刘振全教授提出的型线修正方法，如图2。
图2 涡旋盘型线
(3)利用UG的特征造型功能，绘制涡旋壁体、凸台与键槽剖面及其他部分，完成涡旋盘的三维实体造型，如图3、4。
2 涡旋齿的加工方法常用的加工方法有展成法加工和直角坐标系加工法。展成法加工是利用机床的C轴和X轴的合成运动，工作台沿Y轴方向移动基圆半径的距离，随后X轴沿正方向运动，同时C轴顺时针方向旋转，根据基圆渐开线的几何特性，C轴转动一周，X轴移动2πa，这种合成运动连续地进行，刀具的包络线形成涡旋壁的外侧和内侧。如图5为展成法加工示意图。
图5 展成法加工示意图
直角坐标系加工是利用丝杠X、Y轴的运动，刀具中心沿中心线轨迹运动，就可以加工出涡旋齿型。丝杠的返程误差是影响涡旋盘渐开线轮廓误差的主要原因。如图6为直角坐标系下的加工示意图。
图6 直角坐标系下的加工示意图
3 基于UG的涡旋盘加工3.1 准备工作在进行零件加工前，要做一些准备工作，如创建毛坯、初始化加工环境、创建加工刀具、几何体父级组等。3.1.1 创建毛坯利用主菜单中的“插入/设计特征/拉伸”命令或直接单击“成形特征”工具栏中(拉伸体)图标，绘出毛坯如图7示。
图7 动涡旋盘毛坯图
3.1.2 初始化加工环境进入加工模块，系统弹出“加工环境”对话框，指定CAM 进程配置文件为Cam_general，CAM设置为M ill_contour。单击“初始化”按钮进行加工环境的初始化设置。3.1.3 创建几何体进入“创建几何体”对话框，选择子类型为机械坐标系MCS，父级组为GEOMETRY，名称为MCS，单击“确定”按钮进行坐标系建立。设定安全平面相对XC-YC平面的距离为60，即安全高度为60mm。创建铣削几何体。单击创建工具栏中创建几何体图标，打开“创建几何体”对话框，选择子类型为铣削几何体，父级组为MCS，名称为M ILL_GEOM，单击确定进行几何体建立，选择部件几何体和毛坯几何体。3.1.4 创建加工刀具创建第一把直径为20mm立铣刀(用于粗加工)，创建第二把直径为18mm立铣刀(用于精加工)，在“操作导航器”中观察创建的加工刀具。3.2 涡旋盘的粗加工3.2.1 型腔铣操作对话框输入打开型腔铣操作对话框，单击创建工具栏上的创建操作图标，开始进入新操作的建立，系统弹出“操作”对话框进行以下设置：“类型”选择M ill_contour；“子类型”选择型腔铣(Cavity_m ill)加工；“使用几何体”为M ILL_GEOM；“使用刀具”为M ILL_ed20；其余默认。3.2.2 设置用户参数在CAVITY_M ILL对话框中，进行如下设置：切削方式选用跟随周边，在“步进”下拉列表框中选择“刀具直径”，“百分比”选项输入70，在“每一刀的全局深度”选项输入2。3.2.3 设置进刀退刀参数在CAVITY_M ILL对话框中，在“进刀/退刀”选项下方单击“自动”按钮，在“自动进刀/退刀”对话框中进行以下设置：“倾斜类型”设定为“螺旋的”；“斜角”设定为10；“圆弧半径”设定为3；“重叠距离”设定为0；其余默认。3.2.4 设置切削参数在“切削参数”对话框中，“切削顺序”选择“层优先”，“切削方向”选择“顺铣切削”，选择“岛清根”，选择“清壁”选项为“在起点”，其余选择按默认设置。选择“切削参数”对话框中的“毛坯”选项中的“毛坯”选项卡，将“部件侧面余量”设置为0.3，其余默认。3.2.5 设置进给率在“进给速度”对话框中单击“从表格中重置”按钮，使系统重新计算进给速度。3.2.6 设置机床控制器参数在“机床控制”对话框中单击“结束事件”栏下的“编辑”按钮，分别单击Spindle Off(主轴转停)和Coolant Off(切削液关)选项，然后单击下方的“添加”按钮，在弹出的对话框中单击“确定”按钮，则Spindle Off和Coolant Off两事件被加入到“定义列表”中。3.2.7 生成粗加工路轨迹并检视生成的刀路轨迹如图8示。
图8 动涡旋盘加工刀路图
检视刀具轨迹。在完成上述步骤的设定后，系统将产生完整的刀具轨迹，在图形区通过旋转、平移、缩放视图，再单击“重播”按钮，重新回放刀具轨迹，以便检查在刀具轨迹的生成过程中，刀具是否发生了过切或者生成了错误的刀具轨迹。粗加工动态仿真。单击“确定刀轨”按钮，进入“可视化刀轨轨迹”对话框，单击选择“2D动态”选项，调整动画速度，完成后单击“播放”按钮，进行动态切削仿真。若确定刀具轨迹没有过切，刀具轨迹正确，则接受生成的刀具轨迹。3.2.8 后处理单击粗加工程序图标，然后选择主菜单中“工具/操作导航器/输出/NX后处理”或者直接单击“加工操作”工具栏中的“后处理图标”，在“可用机床”列表中，选择M ILL_3_AXIS机床，在“输出文件名”下的文本框中输入文件名及路径，然后单击“确定”按钮，生成NC程序。将产生的刀位轨迹利用UG/PostTools(后置处理器)进行后置处理，生成三轴铣床上使用的G代码。4 结束语作者利用UG完成涡旋盘设计、G代码生成过程，不仅极大提高设计效率，减少绘图、编程的工作量，而且能较好满足涡旋盘加工精度的要求，为涡旋压缩机设计、生产提供一套行之有效的方法。
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