[轉(zhuǎn)載]Pro/E野火版2.0在凸輪加工和改進(jìn)中的應(yīng)用 [復(fù)制鏈接]

筆者所在的中國空空導(dǎo)彈研究院一車間承制的某設(shè)備上所用的一種凸輪，自20世紀(jì)90年代以來一直采用靠模法加工。由最初經(jīng)過多次試制和手工修銼并裝機(jī)試驗，得到一個相對理想的模型，以后加工就采用按圖樣留一定余量先粗加工，然后有操作工人按模型進(jìn)行靠模加工和修銼，最后把凸輪表面打磨光滑。這樣存在的問題就是加工難度高，對操作工人技術(shù)水平要求高，并且加工周期長，精度低，廢品率高。隨著數(shù)控機(jī)床和線切割設(shè)備的普及，采用線切割或數(shù)控加工的必要性和優(yōu)勢就越來越大。

    一、凸輪原始圖樣要求和加工方法改進(jìn)分析

    1. 凸輪的原始圖樣資料和技術(shù)要求

    凸輪的原始圖樣資料如圖1示，圖樣要求是：355°～185°為R55的圓弧，185°～235°為過渡段，235°～305°為半徑為R37的圓弧，305°～355°為過渡段。其中過渡段為5°均分，各特征點間通過樣條曲線連接。  >[ywrB ?T  
 

圖1 凸輪原始圖樣

    2. 線切割加工試制和問題分析

    我們的線切割機(jī)床所用的軟件為CAXA的電子圖板，按圖樣要求做出圖形，其中過渡段為先做出特征點，然后通過各特征點做樣條與兩段圓弧相連，這樣鉬絲的軌跡曲線就形成了。隨后上毛胚試制，加工后發(fā)現(xiàn)凸輪輪廓表面有棱，不順滑。分析其原因為：首先原始凸輪過渡曲線特征點數(shù)值不合適，因原圖樣描繪時間較早，為手工繪制的樣條曲線，造成曲線上特征點取值誤差大；其次就是圓弧與樣條曲線為直接相連，無法保證相切，故接縫處凸棱和凹棱較明顯。另外，線切割加工的不足是無法滿足表面粗糙度和加工效率的協(xié)調(diào)。

    3. 數(shù)控銑床加工凸輪的分析

    若采用配備了數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床代替原來的靠模加工方法和線切割，不僅大大提高加工效率，降低了對操作工人的技術(shù)水平要求，并且可以提高加工精度和保證表面光滑度要求。

    但因為凸輪的數(shù)控加工程序一般采用手工編制，其缺點是數(shù)控銑床軟件編譯采用直線插補，特征點間為直線連接，因手工編程方式的局限性，無法得到足夠的坐標(biāo)點，這樣就導(dǎo)致加工后的凸輪輪廓有一定偏差，導(dǎo)致凸輪表面出現(xiàn)接棱。原圖樣是按5°為間隔進(jìn)行分度，間隔較大，數(shù)據(jù)不能直接使用，若編程員對凸輪輪廓進(jìn)行手工插值細(xì)化，則編程復(fù)雜，工作量太大，且數(shù)據(jù)校對困難，易出錯。若能通過軟件獲得數(shù)控銑床可識別的文件，則將大大簡化編程過程。

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    二、運用Pro/ENGINEER野火2.0

    針對傳統(tǒng)的線切割與數(shù)控銑床加工方法的綜合對比，以及對線切割試制樣品的分析，決定充分利用Pro/ENGINEER野火2.0和Excel軟件完成凸輪數(shù)據(jù)完善、軟件模擬和自動生成數(shù)控銑床可以識別和使用的數(shù)據(jù)表。

    1. 使用Pro/ENGINEER進(jìn)行原始數(shù)據(jù)分析和校正

    根據(jù)線切割試制結(jié)果，我們初步斷定原始數(shù)據(jù)取值不合適。為了驗證此推論，我們決定按照凸輪圖樣在Pro/ENGINEER野火2.0版中進(jìn)行三維仿真。

    進(jìn)入軟件后點擊文件、新建，選新建零件，在名稱中輸入CAM001后進(jìn)入繪圖模式，然后點拉伸特征并進(jìn)入草繪環(huán)境。在草繪環(huán)境下，按設(shè)計圖樣進(jìn)行繪圖，先作出內(nèi)孔φ55以及R55和R37大小兩個圓弧，接著按圖給出過渡段5°一個特征點共18個。然后通過大小圓弧的端點和特征點作出兩段樣條曲線，這樣拉伸用草圖就生成了，如圖2所示。點擊確定后進(jìn)行實體拉伸，輸入拉伸厚度尺寸10得到三維模型如圖3示。  cND2(<jx:  
 

圖2 凸輪草繪圖 B7va#'ne4{  
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圖3 原始的凸輪三維圖

    從圖3中可以明顯看出凸輪表面凹凸明顯，不順滑，尤其是過度段與圓弧相接處明顯有棱邊，與采用線切割加工出的凸輪輪廓十分接近。

    根據(jù)仿真效果和凸輪的工作時序要求，現(xiàn)決定用Pro/ENGINEER軟件在保證大小圓弧段的時序前提下進(jìn)行數(shù)值微調(diào)，使凸輪曲面更滑順。把明顯的凹凸部位數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，并增加樣條曲線和圓弧連接點為相切關(guān)系，修改后的圖樣和三維模型如圖4、圖5示。  <#sB ;  
 

圖4 修改特征點后的圖樣 /TS>I8V!  

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圖5 數(shù)據(jù)修正后的凸輪三維圖

    從圖5可以明顯看出，修正后凸輪三維效果已經(jīng)非常接近理想值，表面比較光順，接下來就是如何把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成數(shù)控銑床可識別的文本坐標(biāo)格式，并進(jìn)行校正了。

2. 利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計算并轉(zhuǎn)換成點坐標(biāo)尺寸 4d[:{/+Q  
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    為了便于數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pro/ENGINEER進(jìn)行驗證，并生成數(shù)控所用的數(shù)據(jù)點坐標(biāo)文本，同時為保證凸輪表面光滑度，需要給出足夠多的坐標(biāo)點，通常按照1°的間隔把圓周分為360個數(shù)據(jù)點，此時把圓弧部分也給均分的目的是保證與樣條連接近似為相切關(guān)系，同時也可以一次把整個輪廓給加工出來。

    這里我們借助Excel表格的統(tǒng)計和函數(shù)關(guān)系便可方便地得出點的坐標(biāo)，所用的Excel計算表如圖6示。

    其中，A項為均分360個點的角度；B項為點的弧度（使用函數(shù)Fx=RADIANS（A：A））；C項為點的角度對應(yīng)得余玄值，使用函數(shù)Fx=COS（B：B）；D項為點的角度對應(yīng)得正玄值，使用函數(shù)Fx=SIA（B：B）；E項為點對應(yīng)的極徑，其中樣條曲線段采用一條極徑按角度陳列后與曲線所截成的線段長；F項為點的橫坐標(biāo)，使用函數(shù)Fx=E*C；G項為點的縱坐標(biāo)，使用函數(shù)Fx=E*D；H、L項為點的第三方向坐標(biāo)均為0（此項目的是為數(shù)據(jù)倒入Pro/ENGINEER中校核使用）；J、K兩項為圓整小數(shù)點后位數(shù)，使用函數(shù)Fx=ROUND（F，3）和 Fx=ROUND（G，3）。這樣就完成數(shù)據(jù)計算和轉(zhuǎn)換。  >e"1a/2%>&  
 

圖6 Excel點坐標(biāo)值計算

    3. 利用Pro/ENGINEER進(jìn)行修正后數(shù)據(jù)校驗

    經(jīng)過Excel轉(zhuǎn)換后圓周360個特征點坐標(biāo)數(shù)據(jù)就得到了。為了校驗數(shù)據(jù)的合理性和進(jìn)一步完善凸輪表面順滑度，現(xiàn)利用Pro/ENGINEER軟件生成通過360個點的曲線得到三維實體。

    進(jìn)入Pro/ENGINEER程序，新建零件CAM002，然后進(jìn)入草繪，建一個水平和垂直的中心線，在交點上放置一個坐標(biāo)系，再用樣條曲線在屏幕上任意點擊幾下作一個封閉曲線，此時注意必須保證剛建立的坐標(biāo)系在曲線框內(nèi)部如圖7示。選中曲線，按下鼠標(biāo)右鍵選修改進(jìn)入曲線屬性界面，展開文件菜單如圖8示，再點箭頭選中圖中所建坐標(biāo)系。最后再點擊保存按鈕，就把此曲線的上幾個特征點的坐標(biāo)值保存下來，名稱可設(shè)為CAM_line.pts。  \/lH]u\x  
 

圖7 封閉曲線 Wv$e/N`l  
 

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圖8 曲線屬性

    使用記事本程序打開CAM_line.pts文件，可以看到Pro/ENGINEER中樣條曲線特征所使用的文件格式如圖9示。  %;9wToyK>  
 

圖9  樣條曲線特征所使用的文件格式

    然后把Excel得到的360個點坐標(biāo)X、Y、Z按次序通過寫字板程序轉(zhuǎn)換后，粘貼到CAM_line.pts文件，替換掉其中點坐標(biāo)值后再保存CAM_line.pts文件。此時要注意，必須保證第一個點坐標(biāo)與最后一個點坐標(biāo)一致，才能形成封閉曲線。

    接下來再次回到Pro/ENGINEER中的圖8界面，選OPEN文件打開剛保存的CAM_line.pts文件，出現(xiàn)“文件包含不同的點數(shù)，是否繼續(xù)?”提示，選取是。此時凸輪數(shù)據(jù)就調(diào)入Pro/ENGINEER中，若數(shù)據(jù)正確就可以得到如圖10示的規(guī)則曲線圖。  8M8=
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圖10 凸輪曲線調(diào)入

    此時再利用曲線屬性中的曲率顯示，對曲率變化轉(zhuǎn)折大的地方進(jìn)行拖動，使整體曲率變化平穩(wěn)，曲率圖越規(guī)則，則表示凸輪光順度越好，再次選取3點擬合，修改后凸輪曲線就和理想狀態(tài)就十分接近。最后確定退出草繪，拉伸后就得到校正后的凸輪模型。經(jīng)過修正后凸輪的三維模型如圖11所示，從圖中可以看出凸輪表面光順度比較理想。  <