1 引言
螺旋齿轮广泛应用于液体流量计的结构中，采用一对互相啮合的螺旋齿轮的流量计具有体积小、重量轻、运行振动噪声小等优点，可测量高粘度流体的流量。过去企业普遍采用滚研和铣磨这两种工艺组合。这种方法加工精度低，加工周期长，难以满足实用要求。随着数控技术的发展，尤其是自动编程技术的应用，复杂曲面的加工逐步得到解决。对于螺旋齿轮的加工，笔者采用基于UG完成了零件的CAD设计，生成三维实体模型；然后将构建好的三维实体模型保存为“STEP”或者“IGES”格式，利用UG和PowerMILL的接口技术，将三维实体模型导人到PowerMILL中，完成螺旋齿轮的CAM加工编程，并以螺旋齿轮的四轴加工为例加以说明。
UG(Unigraphies NX)是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。NX具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要，该软件与PowerMILL软件接口匹配较好，可实现数据的共享和交换。
PowerMILL由英国Delcam PIe公司出品，它是一种功能强大、加工策略丰富的数控加工编程软件系统。PowerMILL可通过IGES、VDA、STL和多种不同的专用直接接口接受来自任何CAD系统的数据。其功能强大，易学易用，可快速、准确地产生能最大限度发挥CNC数控机床生产效率的、无过切的粗加工和精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和工模具。PowerMILL是一独立运行的世界领先的CAM系统，它是Delcam的核心多轴加工产品，与当今大多数的曲面CAM系统相比有无可比拟的优越性。本文结合实例探讨了通过这两种软件的综合运用，快速高效地实现零件的设计和加工。
2 基于UG构建零件的CAD模型
螺旋齿轮形状、尺寸和基于UG构件零件的实体模型。如图1所示。
图 1 螺旋齿轮零件图与实体模型
该零件3D模型的建立难点在于零件端面的齿形绘制，由于齿轮的牙数少于5，为非国标齿轮。根据机械原理。得出渐开线的极坐标参数方程式(1)和渐开线形成原理图，如图2所示。
本次齿轮设计使用的三角函数较多，须多采用角度。在UG中，要使用直角坐标函数，所以必须将渐开线的极坐标参数方程转化成直角坐标方程，设u为渐开线的发生线所滚过的弧长对应的圆心角，即弧
其中，系统参数变量t只能在0-1之间变化，从而使渐开线从齿根圆变化到齿顶圆，这样就为绘制一条渐开线做好了准备。用UG软件建立螺旋齿轮的端面齿形渐开线及三维实体模型。
3 数控加工的工艺安排
螺旋齿轮材料选用40Cr，毛坯尺寸为Φ103 X175mm，外圆直径为Φ127.4mm，内孔直径为Φ25mm，相关工艺安排如下：①加工坐标系的确定。以工件的右端面为基准面建立坐标系，由于PowerMILL系统中在创建圆柱毛坯时，总是以z轴为圆柱的轴线，而本例采用X、Y、Z、A四轴机床加工，在加工时又要求模型的轴线与机床的x轴平行，解决这个矛盾可使用世界坐标系来创建毛坯，并用用户坐标系编程，通过调整模型摆放位置变换坐标系，如图3所示；②数控加工工序的安排。加工工序一般可分为：粗加工一半精加工一精加工。本例加工工序采用粗加工一半精加工一精加工；③刀具的选择。按照加工工件轮廓的需求，粗加工和半精加工选用直径为ckl6mm的球头铣刀，精加工选用直径为qbl6mm的球头精铣刀；④工件的定位与夹紧。由于本件全长都需要加工，所以采用阶台心轴利用Φ25mm的圆柱孔来夹紧，用一夹一项的方式来定位。
4 不同加工工序中加工策略选择及参数设置
(1)粗加工工序编程思路是，取一个齿槽为编程对象，编制出局部粗加工程序，然后将局部粗加工程序绕刀轴线旋转复制出另外三条刀槽的加工程序。为最大化去除余量和保证刀槽螺旋线的正确轨迹故粗加工采用参考线加工方式，粗加工参数设置如图4所示，刀具路径如图3中a、b、C、阴影部分所示，最外层DE线为参考线。
(2)半精加工工序半精加工主要任务是切除加工表面上的剩余部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。加工精度要求较高，切削用量、切削力较大。本例中的加工策略使用旋转加工方式，半精加工参数设置为选择行距为1mm，公差为0.1mm，加工余量为0.5mm。
(3)精加工工序精加工是实现螺旋齿轮加工最关键的一步。表面要求没有明显刀痕，R3.21μm以下。编程思路要求密化走刀轨迹，刀轨要尽可能光顺，采用旋转加工策略，选择刀具直径为Φ16mm；主轴切削转速要求高，选择转速为3000r/min；进给速度要求小，选择其值为150mm/min；选择行距为0.25mm，公差为0.1mm，旋转精加工参数设置界面如图5所示，刀具路径如图6所示。
5 加工路径检验
该软件具有可视化的加工仿真模拟功能，可直观查看产生的刀具路径在实际情况下如何进行加工，检查过切、碰撞和加工质量等切削情况。仿真时系统将以可控的速度动态模拟完整的加工切削过程，便于编程人员检查加工过程的合理性与正确性。图7为刀具路径检验仿真图。
图7刀具路径检验仿真
6 加工程序的生成
产生完一系列刀具路径，检查确定无误之后，需要将这些刀具路径按其在CNC机床中的加工顺序排列，然后通过PowerMILL提供的后处理模块经自动处理后即可快速地产生机床NC代码文件。精加工程序如下：
7 结语
DelCAM的PowerMILL加工功能强大，对复杂曲面数控加工PowerMILL能够提供丰富的加工策略。具有计算速度快，绝对安全的防护措施，强大的后编辑功能，安全高效等功能，是一款适合复杂曲面制造的CAM软件，中文界面尤其适合中国技术人员操作。结合UG软件和PowerMILL各自的优点，可简便高效的实现零件的设计和加工。合理的加工方案和切削参数对于最终加工出高质量、高精度的制品同样起着关键的作用，为此数控编程人员不仅要熟练地应用CAD/CAM软件，而且要有深厚的数学功底和丰富的实际加工经验。本方法适合复杂型面的设计和加工场合，在制造企业有一定的推广借鉴价值。
(审核编辑: 智汇小新)
