proeNGINEER在凸輪加工中的應(yīng)用

2013-05-17  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

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關(guān)鍵字:CAD應(yīng)用 proeNGINEER 凸輪加工
在印鈔造幣機(jī)械中,凸輪的使用很多,既有平面凸輪,又有空間凸輪,其中空間凸輪的加工一直是機(jī)械加工中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的加工方法是用分度頭銑削或用靠模法加工,加工難度大,周期長(zhǎng),加工精度低,對(duì)操作工人的水平要求高。

在印鈔造幣機(jī)械中,凸輪的使用很多,既有平面凸輪,又有空間凸輪,其中空間凸輪的加工一直是機(jī)械加工中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的加工方法是用分度頭銑削或用靠模法加工,加工難度大,周期長(zhǎng),加工精度低,對(duì)操作工人的水平要求高。自從我廠購(gòu)置數(shù)控機(jī)床后,利用配有數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床加工空間凸輪替代了傳統(tǒng)的加工方法,在很大程度上提高了凸輪的加工精度和加工效率,但是空間凸輪的數(shù)控加工程序一直是靠手工編程的,手工編程有很多不足,主要表現(xiàn)為:

1.編程復(fù)雜,工作量大

在空間凸輪的工作圖中,凸輪的理論輪廓或工作輪廓尺寸是在其外圓柱的展開(kāi)圖上以直角坐標(biāo)形式或列表形式給出。假如按1°將凸輪的輪廓尺寸在360°上均分,則在程序中就要輸入360個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),工作量大,容易出錯(cuò)。但有時(shí)圖紙上凸輪輪廓坐標(biāo)會(huì)以每5°或10°均分形式給出,由于間隔過(guò)大,數(shù)據(jù)不能直接使用,需要編程員對(duì)凸輪輪廓進(jìn)行插值細(xì)化,這在手工編程中難度很大,甚至是不可能的。

2.程序修改不方便

程序編好后,若在工作首件試切削時(shí)發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤或需要進(jìn)行修改,如逆銑改為順銑,則程序需要重新調(diào)整,調(diào)整過(guò)程是非常繁鎖的。

3.凸輪輪廓加工精度低

在手工編程中,程序中兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間是用直線連接的,即直線插補(bǔ),由于手工編程的局限性,無(wú)法得到足夠多的坐標(biāo)點(diǎn),使得加工后的空間凸輪的工作輪廓與實(shí)際輪廓存在誤差,表面有棱,不順滑,精度低。

針對(duì)傳統(tǒng)加工和手工編程的不足,現(xiàn)在我們充分利用現(xiàn)有的CAD/CAM軟件proeNGINEER野火版3.0,解決了空間凸輪的加工難題。

一、凸輪的原始數(shù)據(jù)

現(xiàn)有一凸輪是從印刷設(shè)備上拆卸下來(lái)的,凸輪曲面有一定的磨損,經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)繪,得到凸輪曲面的實(shí)際輪廓數(shù)據(jù),結(jié)果如圖1:

(圖1:凸輪展開(kāi)圖)

(圖2:原始三維建模圖)

若根據(jù)三坐標(biāo)給出的數(shù)據(jù)直接建模,由三維圖2可看出,凸輪曲面不順滑,凹凸不平,尤其是過(guò)渡段與圓弧相接處明顯有棱邊,若這樣加工出的凸輪肯定是不能用的。此時(shí),編程工藝員按三坐標(biāo)給的數(shù)據(jù)來(lái)手工編程,不僅手工細(xì)化插值存在困難,而且編程復(fù)雜,工作量大,數(shù)據(jù)校對(duì)也困難。若能通過(guò)軟件獲得數(shù)控銑床可識(shí)別的文件,則將大大簡(jiǎn)化編程過(guò)程。

二、運(yùn)用proeNGINEER野火版3.0

針對(duì)三坐標(biāo)給出的數(shù)據(jù),我們決定用proeNGINEER野火版3.0軟件來(lái)完成凸輪數(shù)據(jù)的完善、模擬加工和自動(dòng)生成數(shù)控銑床可識(shí)別的數(shù)據(jù)表。

1.使用proeNGINEER野火版3.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和校正

進(jìn)入軟件后點(diǎn)擊文件、新建,選新建草繪,在名稱中輸入CURVE后進(jìn)入草繪模式,在草繪環(huán)境下,先建立坐標(biāo)系,并任意畫一條樣條線,選取樣條線并單擊右鍵進(jìn)入曲線屬性界面,展開(kāi)文件菜單如圖3,再選箭頭選中所建坐標(biāo)系,最后單擊保存按鈕,就能把樣條線的幾個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)值保存下來(lái),將其保存為CURVE_line.pts文件。

(圖3)

使用記事本程序打開(kāi)CURVE_line.pts文件,可以看到proeNGINEER中樣條曲線所使用的文件格式,如圖4

(圖4:樣條曲線所使用的文件格式)

將三坐標(biāo)給的數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)以圖的格式粘貼到CURVE_line.pts文件,并保存。然后再次回到圖的界面,選OPEN文件打開(kāi)剛保存的CURVE_line.pts文件,出現(xiàn)“文件出現(xiàn)不同點(diǎn)數(shù),是否繼續(xù)?”提示,選取是。此時(shí),凸輪數(shù)據(jù)就調(diào)入proeNGINEER中,如圖5所示

(圖5)

為了將曲線變得順滑,使曲率整體變化平穩(wěn),曲率圖越規(guī)則,則表示凸輪光順度越好,我們選取擬合中的平滑,零星點(diǎn)設(shè)置值為30,發(fā)現(xiàn)修改后的曲線與理想中的比較接近,保存并退出草繪。

2.三維建模

從文件中新建零件,名稱設(shè)為CAMSOLID.prt,先拉伸一個(gè)圓柱,從插入菜單中選取模型基準(zhǔn)進(jìn)入圖形,輸入SPLINE確定,從草繪菜單中選取數(shù)據(jù)來(lái)自文件,從系統(tǒng)文件中選擇剛才創(chuàng)建的曲線文件,進(jìn)入后比例和旋轉(zhuǎn)分別設(shè)為1和0,保存退出。選擇可變截面掃描工具,進(jìn)入草繪,繪制截面并從工具中選擇關(guān)系,輸入公式“3.9+evalgraph(“spline”,trajpar*360)”,如圖6所示。最終生成三維模型如圖7所示,由圖7可看出凸輪表面順滑度比較理想。

(圖6)

(圖7:修改后的三維圖)

3.三維仿真加工

在proeNGINEER中,從文件中新建制造,進(jìn)入制造模式,進(jìn)行制造模式設(shè)置,如圖8,選擇剛才建好的三維模型。參照模型建好后就要為其創(chuàng)建一個(gè)工件,這里我們選擇已經(jīng)建好的工件進(jìn)行裝配,如圖9,將自動(dòng)選項(xiàng)改為缺省,確定退出。在制造設(shè)置中,機(jī)床選擇4軸,并選擇一個(gè)加工零點(diǎn),零點(diǎn)設(shè)在圓柱端面中心,設(shè)置圓柱退刀平面。然后進(jìn)行加工設(shè)置,選擇軌跡,如圖10所示,選擇刀具、參數(shù)、四軸平面進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,最后進(jìn)行定制設(shè)置如圖11,生成軌跡如圖12所示。進(jìn)入NC檢測(cè),也就是三維仿真加工,如圖14所示。

(圖8) (圖9)

(圖10)

(圖11:定置設(shè)置)

(圖12:刀具軌跡)

在參數(shù)樹中修改參數(shù),根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置走刀次數(shù)及粗精加工余量,可以很快生成刀具軌跡,實(shí)現(xiàn)粗精加工。參數(shù)設(shè)置參考圖13,圖中精加工余量留有0.2mm。

(圖13:參數(shù)樹)

(圖14:仿真加工結(jié)果)

從以上仿真效果看,凸輪面順滑度很好,達(dá)到預(yù)期效果,最后由后置處理自動(dòng)生成數(shù)控銑床能識(shí)別的G代碼文件,如圖15所示。經(jīng)臥式數(shù)控銑床HAAS加工和三坐標(biāo)再次檢測(cè)及裝機(jī)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)改善效果明顯,滾子從動(dòng)件在凸輪表面運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),取得預(yù)期效果。

(圖15:加工程序)

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)空間凸輪加工難題的解決,充分體現(xiàn)了CAD/CAM軟件在數(shù)控加工中的重要性。利用proeNGINEER軟件,我們又解決了多種空間凸輪和平面凸輪的加工難題。目前,我們?cè)诩庸ね馆喎矫嬉呀?jīng)積累了豐富的加工經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)軟件也大大提高了對(duì)數(shù)據(jù)的分析和校正能力,降低了手工編程的難度,保證了零件的加工精度,從而提高了生產(chǎn)效率,降低了對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求。因此,從事數(shù)控加工的技術(shù)人員只有在深入理解和掌握一種或多種CAD/CAM軟件,并在實(shí)踐中加以合理的運(yùn)用,才能深入挖掘數(shù)控機(jī)床的加工潛力,不斷提升機(jī)加工車間的工藝能力,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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