基于NX的復(fù)雜曲面零件車削專用刀具設(shè)計

1序言在復(fù)雜曲面零件的車削中，使刀具實體最大化是提高車削刀具與工藝系統(tǒng)剛性的主要措施。圖1所示零件的外輪廓呈異形回轉(zhuǎn)曲面，為防止在加工過程中刀具體與工件發(fā)生干涉，需設(shè)計專用車削刀具。下面綜合應(yīng)用NX的建模、裝配及仿真模塊，以零件、刀具模型為基礎(chǔ)，模擬車削運動過程，并通過以零件作為刀具對刀具體模型進行運動切割操作，使刀具實體最大化，完成專用刀具設(shè)計。

a）主視圖

b）軸測圖圖1異形曲面回轉(zhuǎn)零件2基本模型裝配建模車削刀具運動仿真的裝配模型涉及被加工零件、刀具體等，為使其參數(shù)化，將結(jié)合NX的WAVE幾何鏈接器，在裝配環(huán)境中采用自頂向下的方式設(shè)計。

在NX中，創(chuàng)建裝配文件，新建并進入零件組件，完成異形曲面零件建模。通過分析，此模型最小凹形半徑為3.5mm。根據(jù)車刀刀片規(guī)格，刀具選用φ6mm圓形刀片。設(shè)零件、刀具加工安全間隙為0.5mm，將模型加工輪廓偏移2.5mm，完成刀具車削運動軌跡曲線繪制，如圖2所示。

圖2

刀具車削運動軌跡切換NX至裝配環(huán)境，新建并進入刀具組件，選擇WAVE幾何鏈接器，將零件組件中刀具車削運動軌跡曲線鏈接至當前工作部件中。設(shè)刀具本體尺寸為25mm×25mm×80mm，刀片位置為（5mm，7mm），完成刀具本體建模（見圖3）。圖3

刀具本體建模3

車削運動仿真構(gòu)建及刀具體建立NX運動模塊是一個集成的CAE工具，提供了全面的機構(gòu)建模和分析功能，可以模擬和評估機械運動系統(tǒng)。依據(jù)刀具車削運動軌跡，在NX運動模塊中設(shè)置干涉檢查機構(gòu)，通過運動仿真過程中固定運動體創(chuàng)建干涉實體的功能生成干涉實體，應(yīng)用裝配切割對刀具本體與干涉體進行求減運算，以及利用刀片安裝部位細節(jié)處理等方法完成刀具體建立。3.1運動仿真構(gòu)建（1）定義運動體

運動體是運動機構(gòu)中的剛體，可以是裝配部件或一組實體、曲線或點等圖素。創(chuàng)建運動體時，需定義該運動體的幾何形狀。在NX中選擇應(yīng)用模塊→仿真→運動，啟動運動模塊。選擇主頁→解算方案→新建仿真，建立仿真文件。選擇主頁→機構(gòu)→運動體，設(shè)置質(zhì)量屬性選項為“無”，在部件導(dǎo)航器中分別定義零件為運動體、刀具為固定運動體。

（2）建立約束

點在線上副可約束運動體上的一個點以保持與曲線的接觸。根據(jù)零件車削運動軌跡，選擇點在線上副建立刀具與工件的約束，具體操作如下。選擇主頁→約束→點在線上副，指定類型為“剛體曲線”；選擇運動體為刀具本體，點為刀片圓心；曲線為刀具車削運動軌跡曲線，單擊“確定”建立點在線上副約束，如圖4所示。圖4

建立點在線上副約束（3）創(chuàng)建驅(qū)動驅(qū)動體是對機構(gòu)中的運動副或運動體建立一個獨立的驅(qū)動。具體操作如下：選擇主頁→機構(gòu)→驅(qū)動體，指定驅(qū)動類型為“運動副驅(qū)動”；在約束導(dǎo)航器中選擇點在線上約束；在驅(qū)動選項中選擇多項式，設(shè)速度為20mm/s，單擊“確定”完成運動副驅(qū)動的創(chuàng)建。（4）設(shè)置干涉

干涉主要比較在機構(gòu)運動過程中是否發(fā)生重疊現(xiàn)象。通過設(shè)置干涉可檢查機構(gòu)是否與選定的幾何體在運動的每一步存在碰撞，并以高亮顯示、創(chuàng)建實體或顯示相交曲線3種形式呈現(xiàn)。其中，創(chuàng)建實體與顯示相交曲線的干涉檢查是在運動仿真過程中在固定運動體上生成干涉實體或相交曲線。選擇分析→運動→干涉，指定類型為“創(chuàng)建實體”；在部件導(dǎo)航器中選擇第一組為零件、第二組為刀具；設(shè)置模式為精確實體，單擊“確定”完成干涉設(shè)置。（5）創(chuàng)建解算方案及仿真動畫

仿真模型定義完成后，必須定義運動分析的解算方案，并通過解算器求解，才能播放或查看每個時間點或位置的動畫。選擇主頁→解算方案，指定類型為“動態(tài)分析”；在解算方案選項中，選擇工作目錄為仿真文件夾，解算結(jié)束時間設(shè)置是車削運動軌跡曲線總長度與驅(qū)動速度的商，單擊“確定”完成解算方案創(chuàng)建。在主頁選項卡中單擊“求解”，完成解算方案求解。NX結(jié)果選項卡中的動畫可以較方便地查看仿真運動情況，選擇“結(jié)果”選項卡，在“動畫”中單擊“播放”。3.2刀具體建立（1）創(chuàng)建干涉實體

分析選項組中的動畫是基于時間的機構(gòu)動態(tài)仿真，通過設(shè)置封裝選項可對運動組件進行測量、跟蹤和干涉等操作。選擇分析→運動→動畫，在封裝選項中勾選干涉，單擊“播放”完成干涉實體創(chuàng)建，如圖5所示。圖5

干涉實體生成（2）刀具體裝配切割及細節(jié)處理裝配切割是在裝配環(huán)境下貫穿多個組件而進行的組件之間的求差運算。通過應(yīng)用模塊→建模，切換至建模模塊。選擇菜單→插入→組合→裝配切割，指定目標為刀具體，工具為干涉體，單擊“確定”完成刀具體主體部分的建模；對刀片安裝位置進行細節(jié)處理，完成刀具體設(shè)計，結(jié)果如圖6所示。圖6

刀具體4結(jié)束語本文結(jié)合零件車削加工路線，應(yīng)用NX軟件強大的建模及仿真功