基于UG的RV減速器擺線輪數(shù)字化建模與仿真加工

摘" 要：為提高RV減速器擺線輪的加工精度和加工效率，運(yùn)用UG NX軟件的參數(shù)化建模模塊對擺線輪進(jìn)行三維建模，結(jié)合工藝路線設(shè)計(jì)，用自動編程模塊對擺線輪進(jìn)行刀路設(shè)計(jì)及仿真模擬加工。結(jié)果表明，擺線輪的數(shù)字化建模、工藝路線設(shè)計(jì)及加工方法的選擇提高擺線輪的加工效率及擺線輪各個(gè)孔之間的位置精度。擺線輪的數(shù)字化建模及數(shù)控銑仿真加工提高擺線輪的加工精度和加工效率，為RV減速器中擺線類零件的設(shè)計(jì)與加工提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：擺線輪；數(shù)字化建模；仿真加工；RV減速器；加工工藝

中圖分類號：TP3" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號：2095-2945（2025）08-0192-05

Abstract： In order to improve the machining accuracy and efficiency of the cycloid wheel of RV reducer， the parametric modeling module of UG NX software is used to model the cycloid wheel three-dimensional. Based on the process route design， the tool path design and simulation of the cycloid wheel are used to design and simulate machining. The results show that the digital modeling， process route design and machining method selection of cycloid wheel improve the machining efficiency of cycloid wheel and the position accuracy between each hole of cycloid wheel. Digital modeling and CNC milling simulation machining of cycloid gears improve the machining accuracy and efficiency of cycloid gears， thereby providing reference and guidance for the design and processing of cycloid parts in RV reducer.

Keywords： cycloid wheel; digital modeling; simulation machining; RV reducer; machining technology

擺線輪是RV減速器的核心零件，具有精度高、轉(zhuǎn)速低、負(fù)載高和可靠性高等特點(diǎn)，在整個(gè)傳動系統(tǒng)中位于第二級。目前，對擺線輪加工的研究多側(cè)重于磨削，效率低。本文基于UG軟件，通過擺線輪的數(shù)字化建模、數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)及擺線輪的數(shù)控仿真加工3個(gè)方面對擺線輪的高精度、高效率加工進(jìn)行詳細(xì)分析和介紹，為擺線類零件的精密、高效制造提供了借鑒和指導(dǎo)。

1" 建立擺線輪的輪廓曲線

1.1" 建立擺線“表達(dá)式”（文件名為BX.xlsx）

擺線是一個(gè)圓在一條定線上滾動時(shí)，圓周上的一個(gè)定點(diǎn)所形成的軌跡。選擺線輪齒數(shù)為21個(gè)，針齒中心圓半徑為50 mm，短幅距離k1取0.7 mm。創(chuàng)建本擺線表達(dá)式方程，見表1。

1.2" 導(dǎo)入擺線表達(dá)式

打開UG軟件，進(jìn)入建模模塊。選擇“工具”菜單中“表達(dá)式”命令，打開表達(dá)式對話框。在表達(dá)式對話框中，輸入擺線針輪的參數(shù)方程表達(dá)式。輸入完表達(dá)式后，點(diǎn)擊“確定”按鈕保存表達(dá)式，如圖1所示。

點(diǎn)擊菜單欄中的“插入”下的曲線命令里面的“規(guī)律曲線”，在彈出的“規(guī)律曲線”對話框中，參數(shù)為t，函數(shù)參數(shù)分別為 xt、yt、zt，建立擺線。單擊確定生成擺線輪齒廓曲線，如圖2所示。然后，通過拉伸、修剪、打孔等命令創(chuàng)建擺線齒輪，最終模型如圖3所示。

2" 擺線輪數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

擺線輪加工整體思路：擺線輪加工時(shí)，擺線輪齒廓與曲柄軸孔的形位精度最高，最好同工序加工完成，以保證兩者之間的形位精度。

2.1" 擺線輪裝夾方案設(shè)計(jì)

本文在數(shù)控銑削前，定位孔及端面已經(jīng)在數(shù)控車床加工過了，提供的毛坯如圖4所示。工件的裝夾定位方式如圖5所示。

為了增加系統(tǒng)剛性，在原來孔的位置提前加工出2個(gè)定位孔，等到加工完后，工件保持不動，用壓板壓住工件，再銑削2個(gè)定位孔，這樣能保證擺線輪齒廓與曲柄軸孔的形位精度。

2.2" 銑刀與切削三要素的選用

數(shù)控銑削時(shí)，主要涉及擺線輪齒廓、曲柄軸孔、輸入軸孔和行星架孔的加工。各處內(nèi)孔加工相對簡單，采用分層銑削的方法，加工行星架孔時(shí)，一定注意孔的過渡圓角，加工擺線齒廓時(shí)，根據(jù)參數(shù)化生成的擺線。銑削過程中，為了防止擺線根發(fā)生過切，應(yīng)保證所選銑刀直徑D≤rp，一般選為D≤6 mm，見表2，其是擺線輪數(shù)控加工選用的刀具。

為了保證加工質(zhì)量，提高加工效率，數(shù)控銑削用量選擇見表3。

2.3" 擺線輪數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床上加工的零件，一般按工序集中的原則劃分工序，劃分的方法有按照刀具劃分的，有按照工件安裝次數(shù)劃分的，也有按照粗精加工劃分的。為了達(dá)到零件的設(shè)計(jì)精度要求，按照先粗后精、盡量減少換刀次數(shù)的原則，擺線輪的加工工序設(shè)計(jì)見表4。

2.4" 擺線輪數(shù)控加工方法選擇

UG NX提供的銑削方式有型腔銑、自適應(yīng)銑削、插銑、剩余銑、深度輪廓銑（也稱輪廓銑）和固定輪廓銑等。

型腔銑（CAVITY_MILL）在數(shù)控加工上應(yīng)用最為廣泛，主要用于粗加工，可切除大部分毛坯余量，幾乎用于大部分的粗加工和直壁。型腔銑以固定刀軸快速而高效地粗加工平面和曲面類的幾何體。

插銑（PLUNGE_MILL）是一種獨(dú)特的銑削操作，該操作使刀具豎直連續(xù)運(yùn)動，高效地對毛坯進(jìn)行粗加工。在切除大量余量時(shí)，插銑比型腔銑的效率更高。但這種方法加工質(zhì)量較差。

等高輪廓銑（ZLEVEL_PROFILE）是一種固定的軸銑削操作，通過多個(gè)切削層來加工零件表面輪廓。在等高輪廓銑操作中，除了可以指定部件幾何體外，還可以指定切削區(qū)域作為部件幾何體的子集，方便限制切削區(qū)域。等高輪廓銑常用于零件的半精加工和精加工。其可以在零件表面上制造出連續(xù)的等高線，用于增加零件表面的光滑度以及提升其美觀度，從而保證零件質(zhì)量。

固定軸輪廓銑（Fixed Contour）是一種加工方案，是針對需要高精度、高效率的輪廓加工設(shè)計(jì)的。固定輪廓銑的特點(diǎn)為刀軸固定，具有多種銑削形式和進(jìn)退刀控制，可以投射空間點(diǎn)、曲線、曲面和邊界等驅(qū)動幾何進(jìn)行加工。

針對以上加工方法的特點(diǎn)，選擇型腔銑進(jìn)行零件的粗加工，用深度輪廓銑進(jìn)行半精加工，用固定輪廓銑進(jìn)行精加工，這樣的加工組合方式提高了擺線輪的加工效率和加工質(zhì)量。

3" 擺線輪數(shù)控仿真加工

本文在數(shù)控銑削前，定位孔及端面已經(jīng)在數(shù)控車床加工過了。

3.1" 數(shù)控仿真加工前的準(zhǔn)備工作

進(jìn)入加工模塊：點(diǎn)擊“啟動”，選擇“加工”應(yīng)用模塊，進(jìn)入加工環(huán)境，選擇“mill-contour”，進(jìn)入加工模塊。

首先創(chuàng)建刀具：在工序?qū)Ш狡骺瞻滋幱覔簦x擇“機(jī)床視圖”，在“未用項(xiàng)”上右擊，打開刀具創(chuàng)建對話框，選擇刀具子類型，修改刀具幾何參數(shù)，分別創(chuàng)建D6、R3、R2這3把刀。其次創(chuàng)建坐標(biāo)系及設(shè)置毛坯幾何體，在工序?qū)Ш狡骺瞻滋幱覔?，選擇“幾何視圖”，雙擊MCS，選擇“自動判斷”類型，選擇毛坯上表面，創(chuàng)建機(jī)床坐標(biāo)系，并設(shè)置安全高度為30 mm；毛坯幾何體選擇“包容圓柱體”，間隙設(shè)為2 mm。

3.2" 數(shù)控仿真加工過程

3.2.1" 采用型腔銑進(jìn)行粗加工

創(chuàng)建工序：選擇“型腔銑”，進(jìn)入“型腔銑”工序界面。

型腔銑幾何體選擇：指定擺線輪為部件，包容圓柱體為毛坯，其他不指定。

刀軌設(shè)置：“切削模式”為“跟隨部件”，“步距”選擇為刀具平直百分比的75，每刀切削深度為1 mm，切削層不設(shè)定。

切削參數(shù)：余量設(shè)為0.5 mm，“開放刀路”設(shè)為“變換刀路方向”，切削方向?yàn)轫樸姡邢黜樞驗(yàn)閷觾?yōu)先。

非切削移動：封閉區(qū)域的“進(jìn)刀”為“沿形狀斜進(jìn)刀”，“斜坡角”設(shè)為2°，高度起點(diǎn)為前一層，高度設(shè)為0.1 mm；開放區(qū)域的進(jìn)刀類型為線性，長度為60%，高度設(shè)為1 mm，最小安全距離為0。生成的刀具路徑軌跡及仿真加工結(jié)果如圖6所示。

3.2.2" 采用深度輪廓銑進(jìn)行半精加工

深度輪廓加工（ZLEVEL_PROFILE）也稱為等高輪廓銑，是一種特殊的型腔銑操作，只加工零件實(shí)體輪廓與表面輪廓，與型腔銑中指定為輪廓銑削方式加工有點(diǎn)類似。等高輪廓銑通常用于陡峭側(cè)壁的半精加工和精加工，常用參數(shù)見表5。

操作步驟及切削參數(shù)的選擇如下。

創(chuàng)建工序：選擇“深度輪廓銑”，進(jìn)入“深度輪廓銑”工序界面。

深度輪廓銑內(nèi)部參數(shù)設(shè)置：每刀切削深度為1 mm，余量為0.2 mm，刀具為R3的立銑刀。開放區(qū)域下刀類型為圓弧，圓弧角度為90°，高度設(shè)為1 mm，最小安全距離為零，封閉區(qū)域的下刀方式為“同開放區(qū)域相同”，生成的刀具路徑軌跡及仿真加工結(jié)果如圖7所示。

3.2.3" 固定輪廓銑進(jìn)行精加工

固定輪廓銑具有高精度、高效率的特點(diǎn)，用于精加工由輪廓曲面所形成區(qū)域的加工方式。固定輪廓銑一般部件選擇“面”，擺線輪精加工的部件選擇“上表面”“驅(qū)動方法”選擇“曲線/點(diǎn)”，以擺線輪齒廓曲線、孔的輪廓線作為驅(qū)動幾何體，刀具選擇R3的球頭刀，投影方向設(shè)為刀軸。

在切削參數(shù)選項(xiàng)卡中，“余量”為零，設(shè)置“多刀路”里面的部件余量偏置為6 mm，按照增量值為1 mm進(jìn)行多重深度切削。

在非切削選項(xiàng)卡中，設(shè)置封閉區(qū)域“下刀方式”為圓弧，半徑為刀具半徑的20%，開放區(qū)域“下刀方式”為線性，長度設(shè)置為刀具直徑的60%?！扒邢鞑介L”按照“公差”進(jìn)行控制，公差設(shè)置為0.005。區(qū)域之間快速轉(zhuǎn)移為“刀軸”，區(qū)域內(nèi)快速轉(zhuǎn)移為“前一層”，高度為0.5 mm。

生成的刀具路徑軌跡及仿真加工結(jié)果如圖8所示。

4" 結(jié)論

目前，RV減速器的擺線輪的加工主要采用磨削，效率低。本文利用UG軟件對擺線輪進(jìn)行了三維建模，并對擺線輪進(jìn)行了數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，最后利用UG軟件提供型腔銑、深度輪廓銑和固定輪廓銑對擺線輪進(jìn)行了粗、半精、精加工，保證了零件加工質(zhì)量，提高了加工效率。

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