UGNX数控编程技术在Lebus卷筒导向垫块加工中的应用

邓玉聪 徐长生

(武汉理工大学物流工程学院武汉430063)

0 引 言

多层卷绕卷筒容绳量大.工程起重机中随着起升高度的增大,起升机构中卷筒的绕绳量相应增加.采用尺寸较小的多层卷绕卷筒,对减小起升机构尺寸十分有利.但多层卷筒缠绕的钢丝绳所受的挤压应力大,相互间摩擦力大,卷绕层数较多时容易产生乱绳现象.国外Lebus公司专有的利巴斯装置可以有效防止多层卷绕中的乱绳现象.

1 Lebus卷筒结构

利巴斯卷筒(Lebus)利用它特有的平行双折线绳槽,把交错缠绕减少到卷筒圆周的20%左右.而80%的缠绕方向都与侧板平行,而且卷筒上的每一层钢丝绳所绕的圈数相同,使缠绕钢丝绳在卷筒上垒成三角形.也即每层钢丝绳都为下一层钢丝绳形成一个槽形,使钢丝绳之间载荷分布均衡,避免了钢丝绳之间由于相互切入、挤压而造成乱绳,如图1～3所示.

图1 Lebuss卷筒

图2 Lebuss卷筒展开三维图

图3 Lebuss卷筒三维图

垫块是Lebuss卷筒设计中的重要一环,然而,垫块设计问题尚未得到比较满意的解决[1-2],原因是垫块的垫面与钢丝绳的接触点在卷筒的径向、周向和轴向都有变化,其轨迹是一条复杂的空间曲线.设计时,必须通过反复计算或作图求出一系列坐标点,然后将其连接起来才能显现到图纸上.这常常令设计者感到不胜其烦,一些设计将这种复杂的函数关系简单处理为线性关系,结果是设计出的卷筒垫块存在误差,起不到垫面对钢丝绳的垫托作用.垫面若设计太低,会造成钢丝绳悬空,虽然不影响钢丝绳的正常爬升,但对钢丝绳的破坏很大[3-5];反之,若垫面设计太高,会导致钢丝绳提前返回,而打乱钢丝绳在卷筒上的排列次序,导致钢丝绳出现“乱绳”甚至“跳槽”现象.

为了解决这一问题,本文的设计思路是直接利用UG建立卷筒的三维模型,模拟出钢丝绳的缠绕路径,利用布尔运算生成需要加工成的垫块模型.然后进入UG的CAM模块,在UG加工应用中生成精确的刀具路径,利用生成的刀具路径,通过后置处理产生用于特定数控机床的程序.

2 自动编程

常用的模具数控加工软件有MasterCAM, Pro/E,UG,Cimtron等.其中,UG是美国EDS公司发布的CAD/CAE/CAM一体化软件,广泛应用于航空、航天、汽车及模具等领域.UG可运行于Windows NT平台,无论零件图还是装配图的设计都从三维实体造型开始,可视化程度很高.其三维CAD是参数化的,一个零件尺寸被修改,可使相关零件产生相应的变化.该软件还具有人机交互方式下的有限元解算程序,可以进行应变、应力及位移分析.UG的CAM模块提供了一种产生精确刀具路径的方法,该模块允许用户通过观察刀具运动来图形化的编辑刀具轨迹,提供的后处理编译器可为不同的机床系统做出适合的后处理文件.自动编程软件工作流程见图4所示.

图4 自动编程软件工作流程图

UG数控编程有以下优点[6-8].

1)数控加工精度高,质量稳定 尺寸精度一般在0.001～0.01 mm之间,甚至更高,不受工件形状复杂程度的影响.加工中排除了操作者的主观误差,提高了同批零件加工的一致性,使产品质量保持稳定.

2)生产效率高 省去了常规加工过程中的划线、工序切换时的多次装夹定位、检测等工序.在数控设备上的刀库里把需要用到的刀具都装上,加工工件时可以自动换刀,不需要中断加工过程,提高了加工的连续性.一次装夹就可以完成多个部位的加工,甚至完成工件的全部加工内容.

3)自动化程度高,易于实现计算机控制 除了装夹工件毛坯还需手工外,全部加工过程都在数控程序的控制下,由数控机床自动完成,不需要人工干预.

3 垫块的加工编程

以槽底直径为600 mm,钢丝绳直径20 mm,节距21 mm的卷筒为设计对象.垫块用毛坯为直径21 mm的圆棒加工而成.利用UG建立的折返侧垫块的三维模型如图5所示.

考虑到垫块毛坯为细长杆,加工时的变形会影响到其加工的精度,故将其分成3段加工.加工时以直的棒体为毛坯,加工完后再弯曲焊接到卷筒的相应位置.

下面以折返侧垫块其中的一段为例加以说明.

1)建立加工模型和毛坯模型(图6中半透明实体)进入UG加工模块后,设置加工部件和加工毛坯,然后再选择合适的加工刀具,如图6所示.

图5 卷筒折返侧垫块三维模型

图6 卷筒折返侧垫块第一 次爬坡段的加工模型

2)编写型腔铣程序,完成几何体、刀轴、刀迹设置、切削参数等的设置,然后生成刀具路径,如图7所示.

图7 刀具路径

3)编写深度加工轮廓程序生成加工路径,进入后处理,进行加工模拟仿真,如图8所示.

4)生成加工代码(以下列出部分代码)

三维仿真软件模拟加工、验证、分析是CAM软件应用的一个重要环节,模拟分析的好处就是可在计算机上像了解真实加工一样观察产品制造的全过程,用计算机来分析还没有制造出来的零件的质量,并发现设计、制造等存在的问题.验证分析可以针对产品、零件设计,也可针对数控加工程序.NC程序常用的仿真验证软件是上海宇龙公司研制的仿真软件,它采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库,提供多种机床的常用操作面板,可对数控机床操作全过程和加工运行进行仿真.在操作过程中,具有完全自动、智能化的高精度测量功能和全面的碰撞检测功能,可检测出刀轨路径的错误以及导致零件、夹具和刀具损坏或机床碰撞等问题,还可对数控程序进行处理.若加工程序的验证既由编程人员同时也由机床操作人员来做,则可防止错误发生.

4 结束语

UG数控编程技术在加工中排除了操作者的主观误差,提高了同批零件加工的一致性,使产品质量保持稳定,此方法运用到Lebus卷筒垫块的加工上,加工精度和效率将可能得到提高.

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