Vericut在少齿转子四轴精铣加工仿真中的应用

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一、Vericut的工作流程
Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。该系统可以以虚拟现实的方式建立数控机床、刀具、夹具和毛坯模型，在刀位数据或NC代码的驱动下模仿金属切削加工中走刀轨迹和材料被切除的过程，使用户以直观的方式对工艺规划的合理性进行评估，对是否存在干涉进行校验，并优化走刀轨迹和NC代码。Vericut的工作流程如图1所示。
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图1 Vericut的加工仿真流程
二、少齿转子的特点和编程方法
1 R# D4 }8 h/ G& h9 n( K! n- C- c1.转子的特点
; R7 ~1 ?) k: g! o0 L在油量计、气量计或塑料机械进给机构中，广泛使用一种螺旋齿轮。该齿轮的特点是模数较大，且属于非标准模数。若采用齿轮滚刀加工，为减小根切，必须采用特定的工艺方法才可生产出合格产品。另一方面，它的齿数较少（常为3齿或4齿），故精加工时采用铣削方法生产，其效率和精度均是可以接受的。例如，图2是一转子齿轮，它是由4齿渐开线剖面绕z轴作螺旋运动而形成的。该剖面由齿顶圆、渐开线和摆线连接而成，其外形如图2所示。齿轮参数列于表1，齿面粗糙度Ra为1.6。
+ w1 \+ W1 T) }$ m' a表1 转子齿轮参数

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图2 转子齿轮
2.转子的NC编程方法
由转子的形成过程可知，该工件应采用四轴加工：工件沿z轴负方向作匀速进给，同时绕z轴作匀速旋转运动，这样刀具在空间切削出一条螺旋线；每完成一个切削行程，工件快速复位，然后刀具在xOy平面上作渐开线插补运动（x、y联动），再进行第二个行程。反复执行该过程，直到整个齿面铣削完毕。这实质上仍是展成法加工。
转子NC编程时的已知条件为：（1）转子端面轮廓线。设计者通常把该轮廓离散为上千个数据点给NC编程者。（2）转子的齿数、模数、压力角、螺旋角、导程等参数。编程的具体方法如下：
9 `1 ~! f! K2 g/ {4 b( V（1）将端面轮廓点拟合成为光滑曲线，如图3a 所示。
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0 |$ Q8 N" H" x5 ~- Y图3 转子数据处理与建模
+ N! K/ u$ a5 T1 n% {（2）建立转子的三维模型，如图3b所示。建模方法有很多，可在Pro/ENGINEER、AlphaCAM等平台上建立。建模时，轮廓线上任一点P(xi, yi)处的螺旋导动线方程为（坐标系参见
" n0 p& P. b" F图2）：
5 Y2 _; j9 f% k; Y; I! j式中，q为转子长度，h为导程，为P点矢径， ，t为参变量，0≤t≤1。
  o& B1 A' s. A9 h9 [. Q( D) t' K（3）将端面轮廓按弧长平均打断为若干子段（图3c、图3d为局部放大图），子段数目按照表面粗糙度的要求确定。
, |7 [. d. U6 k3 L# a1 q) ?（4）求出每个子段端点的坐标及该点处螺旋曲面的法矢量n。设球头刀半径为r，按公式P=P0＋nr计算得到刀位数据，并据此编制NC程序（按刀心编程）。
. d9 |# Q# e: q1 f$ M三、用Vericut对铣削过程进行仿真
, D  `' u) x5 k7 t1 o4 W1.建立毛坯模型
对精加工进行切削仿真，理论上应该建立半成品模型作为精加工前的毛坯。但是，由于转子的端面齿廓是一单值曲线，故可以把粗加工前的圆柱形毛坯作为精加工前的毛坯，如图4所示。这样，在仿真中系统可能会提示每刀切深过大，但并不影响轨迹模拟和干涉校验。
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图4 毛坯定义
8 T" y' I8 Z1 B5 j" F5 A文章关键词： Vericut在少齿转子四轴精铣加工