一、问题的提出
/ [9 B" O3 G) @7 d* b 我厂P70卷烟机有种平面凸轮槽零件,如图1所示。5 Z1 d& w, G y2 X* o7 j
图1 P70卷烟机的平面凸轮槽零件
其中滚子中心轨迹由极坐标给出,图纸要求滚子在凸轮槽中运动光滑流畅,但是图纸中只给出了36个点的坐标,相当于每隔10°有一个坐标点,由于间隔过大,这些点不能准确地表达出凸轮滚子运动的规律,使加工无法进行。
二、问题的解决过程
1.失败的尝试
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* @- F( |6 G% \! F. C( K- E* q2 |, { 根据以往的经验,解决轮廓控制点间隔过大的问题需要在这36个坐标点之间插值进行细化,但是通过计算发现,如果保证两个插值点之间间距约0.5mm时,就要插入近400个点,计算量很大,而且无法确定点与点之间的插值方式,通过手工计算是很难完成插值的。为此,我们利用MasterCAM软件采集了近400个坐标点。以下是操作的简要过程。' b) Q+ J! w8 C1 S
(1)构造凸轮轮廓. A$ K7 Y+ Q# d& v; l! _% i
" D; P2 |9 ]4 b5 a 通过构造点的方式将36个坐标点输入,再使用Spline(样条)曲线将输入的36个点串连起来,结果如图2所示。
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! u3 [- v# s5 I/ B# x8 T: b0 X图2 输入凸轮轮廓
(2)创建二维轮廓刀具路径( t" h1 W+ X) H+ f
) Q: g! k4 d; P/ v- ~- b3 E
点击TooLpaths刀具路径创建按钮,选择Contour二维轮廓刀具路径,选择图2所示的串连并确定,软件弹出加工参数设置对话框,选择Φ10mm刀具,并设置轮廓参数如图3所示。$ s; _/ n4 n' H3 w7 K& z( l
图3 设置轮廓参数
(3)得到插值点
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生成轮廓刀具路径,并进行后置处理得到刀具中心在轮廓上的加工程序,从而得到将近400个凸轮滚子中心运动轨迹上的插值点。所生成的加工程序,如图4所示。
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图4 所生成的加工程序
利用上述方法得到的插值点,我们编制了数控程序,并在车间VCP1000高速铣上试用,一个新的问题出现了:由图1可知,凸轮槽槽宽Φ22+0.05,尺寸要求严,如果直接利用Φ22刀具加工,无法达到图纸精度要求。因此,我们原定加工方案是利用Φ16机夹刀粗铣型腔,再使用Φ16侧精刃铣刀并利用数控装置的半径补偿功能精加工凸轮轨道面。但是由于坐标点数过密造成刀具过切,使得刀具补偿功能无法使用,机床拒绝执行程序,使得加工无法进行。针对这一问题,我们仔细分析了解题思路,认为在上面的解题过程中,思路过于僵化、简单,看到图纸中描述凸轮滚子中心线轨迹坐标点数不足,只习惯性的想到插值进行细化,未考虑整个加工过程,结果使问题陷入僵局。
2.问题的解决
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这里,我们想到了I-DEAS软件。为何不用I-DEAS软件强大的造型和加工功能去解决凸轮槽的加工难题呢?思路正确了,问题也就解决了。下面是利用I-DEAS软件加工凸轮槽的简要过程。' [; k9 l' w0 [4 ]# g
(1)建立基础实体
, I4 k% a: L% N+ C- o% S5 K
l& n: V" P* q* [$ Q$ M/ G 起动I-DEAS,进入软件造型模块,在任务命令菜单区选择
图形按钮,在软件默认绘图平面原点画Φ220圆,选择拉伸命令按钮
,点击Φ220圆形作为截面拉伸30mm,生成如图5所示的基础实体。
7 b$ Y: U. b3 g图5 生成基础实体
(2)建立凸轮槽三维模型
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点击任务命令菜单区

按钮,选择图5所示的A面作为绘图平面,选择

图形按钮,在绘图平面上Φ220圆的圆心处建立参考坐标系,选择建立参考点命令按钮

,将描述凸轮滚子中心轨迹的36个坐标点依次输入,得到36个参考点,点击样条曲线绘制按钮

,将36个参考点光滑连接起来,建立凸轮滚子中心轨迹线,选择偏移功能按钮

将这条轨迹线向两侧各偏移11mm,点击实体拉伸特征生成按钮

,选择通过偏移得到的两条曲线作为截面,在基础实体上切除材料得到凸轮槽特征。然后通过类似方法创建工件的其他特征,最终得到的工件实体模型如图6所示。
图6 所生成的实体模型
(3)建立凸轮槽粗加工刀具路径
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6 M) \4 |9 E9 ^+ J: b1 Z H 在I-DEAS软件窗口右上角的任务列表区选择创成式加工(Generative Machining)任务,如图7所示。软件进入创成式加工环境,任务图标菜单区的功能按钮将有所变化,而且,在造型模块中建立的平面凸轮槽工件将直接带入加工模块。点击

图标按钮,建立加工任务,点击

图标按钮,选择凸轮槽实体模型,建立加工对象。点击建立新操作图标按钮

,打开操作选择对话框,选择型腔铣(Volume Clear)加工方式,如图8所示,点击Create按钮,打开操作设置对话框,如图9所示。
图7 任务选择对话框
图8 操作选择对话框
图9 操作设置对话框
通过对图9中各项目的设置,最后得到凸轮槽型腔粗加工的刀具路径如图10所示。
图10 粗加工的刀具路径
(4)建立凸轮槽侧面精加工刀具路径
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, n5 n" O* G( c4 J1 {. K: ?0 S 点击建立新操作图标按钮,打开操作选择对话框,选择轮廓铣(Profile)加工方式,如图11所示。点击Create按钮,打开操作设置对话框,如图9所示。
图11 操作选择对话框
通过对图9中各项目的设置,最后得到凸轮槽侧面滚子轨道面精加工的刀具路径如图12所示。# J( `' ^. K# A8 E- a3 R4 m1 |2 v5 _
图12精加工的刀具路径
(5)后置处理,生成数控机床加工程序
4 |5 d: ]( |3 T( |8 }2 T
) V; m4 X; Q! C& ~ 先后选择

和

图标按钮,分别生成凸轮槽粗、精加工操作的中性刀位文件和针对 Mikron(米克朗)高速机床上使用的HeidenHain(海德汉)控制系统的数控加工程序,程序文件如图13所示。将程序在机床上试用后,加工得到的凸轮槽表面光滑圆顺,滚子在槽中移动流畅,没有冲击感,性能指标完全满足使用要求,平面凸轮槽加工难题得到圆满解决。
图13 最终生成的加工程序
三、结束语
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平面凸轮槽加工难题的解决过程告诉我们,在利用数控机床进行加工时,要积极开阔思路,能够从不同的角度去分析问题的解决方法,同时,深入学习CAD/CAM软件的功能,扩大辅助软件在工作中的应用范围,而且能够利用工具软件之间的不同点,取长补短,联合使用去解决实际遇到的难题。(编辑:zlm0038125)