三維模型參數(shù)化設(shè)計(jì)與數(shù)控加工仿真的實(shí)現(xiàn)

1、三維模型參數(shù)化設(shè)計(jì)與數(shù)控加工仿真的實(shí)現(xiàn)2011年11月25日智造網(wǎng)-隨著機(jī)械制造行業(yè)自動(dòng)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(shù)的卓越功能來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)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(tái)的主流三維設(shè)計(jì)軟件，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它采用基于特征的參數(shù)化模型系統(tǒng)，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析和制造的一體化提供了平臺(tái)。Mastercam是美國CNC Software公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件，它對(duì)硬件的要求不高，操作靈活，具有良好的性價(jià)比，特別在CNC編程方面快捷方便，廣泛應(yīng)用于中小型制造

2、企業(yè)。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)人員采用SolidWorks軟件進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，再將零件模型導(dǎo)入Mastercam軟件編制零件刀具路徑，自動(dòng)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(xì)闡述三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)到自動(dòng)編程、加工仿真的實(shí)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(shí)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(zhuǎn)臺(tái)的三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床進(jìn)行

3、加工。圓柱凸輪槽的底部在每一個(gè)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(gè)實(shí)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(shí)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(duì)粗加工路徑向兩側(cè)偏移值為5.125mm;其中半精加工刀具步進(jìn)間距2mm，2次走刀;精加工刀具步進(jìn)間距1.125mm，1次走刀;共分6次走刀完成(單側(cè)3次走刀)。2參數(shù)化三維設(shè)計(jì)2.1 CamTrax插件功能CamTrax是應(yīng)用于SolidWorks軟件中的一個(gè)windows界面的第三方軟件，用于幫助設(shè)計(jì)者精確、有效地構(gòu)建各種類型的

4、凸輪實(shí)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(yùn)動(dòng)方式(順時(shí)針、逆時(shí)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(dòng)件可選對(duì)心直動(dòng)推桿、偏心直動(dòng)推桿、擺動(dòng)推桿。(2)可自定義從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，載荷數(shù)據(jù)?？蛇x的凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：凸輪不動(dòng);筒諧運(yùn)動(dòng)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(fù)合運(yùn)動(dòng)規(guī)律;正弦一簡諧復(fù)合運(yùn)動(dòng)規(guī)律;八階多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的從動(dòng)件位移?？梢暂斎氲妮d荷數(shù)據(jù)有：從動(dòng)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(zhuǎn)速;

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

6、的完整性，為后續(xù)的刀具路徑設(shè)置作好準(zhǔn)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(shè)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(duì)話框中選取咖20mm的立銑刀，設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)、轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量等參數(shù);設(shè)置計(jì)算機(jī)補(bǔ)償與控制器補(bǔ)償為OFF，設(shè)定安全高度、回退高度、進(jìn)給高度、加工深度、刀具引入及導(dǎo)出等參數(shù)，最后確定。系統(tǒng)自動(dòng)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(zhuǎn)換類型為Translate(平移)，并勾選創(chuàng)建新操作管理項(xiàng);打開平移操作參數(shù)對(duì)話框，選擇兩點(diǎn)間距，設(shè)置平移參數(shù)，沿槽腔中心線兩側(cè)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(dòng)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(dòng)生成數(shù)控代碼(圖6)。單擊實(shí)體驗(yàn)證，進(jìn)入實(shí)體切削仿真，既可以驗(yàn)證所生成NC程序正確性，又可逼真地模擬零件的實(shí)際加工過程(圖7)。4結(jié)束語 通過圓柱凸輪零件的加工實(shí)例，介紹了利用So