三維模型參數(shù)化設計與數(shù)控加工仿真的實現(xiàn)

1、三維模型參數(shù)化設計與數(shù)控加工仿真的實現(xiàn)2011年11月25日智造網(wǎng)-隨著機械制造行業(yè)自動化程度的提高，產(chǎn)品生產(chǎn)的競爭日趨激烈，人們借助于CAD/CAM技術的卓越功能來實現(xiàn)產(chǎn)品的輔助設計與輔助制造功能，從而大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。SolidWorks是基于Windows平臺的主流三維設計軟件，被廣泛應用于各行業(yè)的產(chǎn)品設計，它采用基于特征的參數(shù)化模型系統(tǒng)，為產(chǎn)品的設計、分析和制造的一體化提供了平臺。Mastercam是美國CNC Software公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件，它對硬件的要求不高，操作靈活，具有良好的性價比，特別在CNC編程方面快捷方便，廣泛應用于中小型制造

2、企業(yè)。在實際工作中，設計人員采用SolidWorks軟件進行零件設計，再將零件模型導入Mastercam軟件編制零件刀具路徑，自動生成數(shù)控代碼，極大地提高了工作效率，有效保證了零件加工的精度。筆者以圓柱凸輪為例，詳細闡述三維模型的參數(shù)化設計到自動編程、加工仿真的實現(xiàn)過程。 1 加工零件與工藝分析圖1所示為圓柱凸輪零件圖，圓柱直徑d=254mm，圓柱高H=203.20mm，內(nèi)孔半徑r=80.8mm，滾子直徑dt=30.25ram，凸輪槽深v=20.65mm。圓柱凸輪槽是環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽，加工時刀具沿圓柱凸輪圓周表面銑削的范圍往往大于360，宜采用四軸或帶有數(shù)控回轉臺的三坐標立式數(shù)控銑床進行

3、加工。圓柱凸輪槽的底部在每一個截面上通常是等深的，根據(jù)槽寬及形狀選用直徑為20mm圓柱立銑刀。圓柱凸輪銑削加工前通常是一個實心的圓柱體，要經(jīng)過開槽-粗加工-半精加工-精加工等工序。 由于凸輪槽寬度值大于實際刀具直徑，除粗加工外，其余工序采用非等徑加工方式，刀位軌跡相對粗加工路徑向兩側偏移值為5.125mm;其中半精加工刀具步進間距2mm，2次走刀;精加工刀具步進間距1.125mm，1次走刀;共分6次走刀完成(單側3次走刀)。2參數(shù)化三維設計2.1 CamTrax插件功能CamTrax是應用于SolidWorks軟件中的一個windows界面的第三方軟件，用于幫助設計者精確、有效地構建各種類型的

4、凸輪實體模型。CamTrax插件的主要功能：(1)提供直線、盤形、圓柱等多種凸輪類型及主運動方式(順時針、逆時針)，推桿與凸輪保持接觸形式可選溝槽式、外廓接觸、內(nèi)廓接觸，從動件可選對心直動推桿、偏心直動推桿、擺動推桿。(2)可自定義從動件運動規(guī)律，載荷數(shù)據(jù)。可選的凸輪運動規(guī)律有：凸輪不動;筒諧運動規(guī)律;正弦加速度;修正正弦加速度;修正梯形加速度;正弦一恒速復合運動規(guī)律;正弦一簡諧復合運動規(guī)律;八階多項式運動規(guī)律;外部數(shù)據(jù)文件(txt格式)，兩列：第一列為凸輪角位移，增量為0.1，第二列為對應的從動件位移?？梢暂斎氲妮d荷數(shù)據(jù)有：從動件彈性模量，凸輪彈性模量;重量加速數(shù)據(jù)，外力作用數(shù)據(jù);凸輪轉速;

5、彈簧數(shù)據(jù)。(3)運動分析結果可以輸出到EXCEL文件中。2.2凸輪實體模型的構建 在CamTrax軟件中設置圓柱凸輪的基本參數(shù)及定義從動件運動規(guī)律參數(shù)后，SolidWorks軟件利用曲線功能自動繪制凸輪理論輪廓曲線及凸輪實際輪廓曲線，最后通過切除放樣操作生成凸輪的三維實體(圖2)。2.3零件模型的數(shù)據(jù)交換在SolidWorks中完成凸輪實體模型設計后，需要將實體零件導入到Mastercam中進行數(shù)控加工的刀具路徑設置。通過SolidWorks工具欄中的Mastercam Direct插件，使得用戶在使用SolidWorks時可以在Mastercam中打開實體模型(圖3)，從而保證了實體模型參數(shù)

6、的完整性，為后續(xù)的刀具路徑設置作好準備工作。3零件模型的數(shù)控加工及仿真 3.1 Mastercam X的加工設置(1)粗加工選擇Toolpaths-Contour Toolpath命令，Chain(串連)選擇凸輪槽中心曲線并確定;在圖4輪廓加工對話框中選取咖20mm的立銑刀，設定旋轉軸參數(shù)、轉速、進刀量等參數(shù);設置計算機補償與控制器補償為OFF，設定安全高度、回退高度、進給高度、加工深度、刀具引入及導出等參數(shù)，最后確定。系統(tǒng)自動生成粗加工刀具路徑。2)半精加工及精加工 選擇Toolpaths-Transform Toolpath命令，選擇轉換類型為Translate(平移)，并勾選創(chuàng)建新操作管理項;打開平移操作參數(shù)對話框，選擇兩點間距，設置平移參數(shù)，沿槽腔中心線兩側方向，依次生成步距為2mm，2次走刀的半精加工刀具路徑與步距為1.125mm，1次走刀的精力加工刀具路徑。完成凸輪槽粗精加工刀具路徑定義(圖5)。3.2 自動編程與加工仿真 在操作管理器中選擇全部定義完成的粗、精加工共7次走刀路徑，單擊后置處理，選擇NC程序保存路徑，系統(tǒng)自動生成數(shù)控代碼(圖6)。單擊實體驗證，進入實體切削仿真，既可以驗證所生成NC程序正確性，又可逼真地模擬零件的實際加工過程(圖7)。4結束語 通過圓柱凸輪零件的加工實例，介紹了利用So