I-DEAS软件在平面凸轮槽加工中的应用 - 文章

I-DEAS软件在平面凸轮槽加工中的应用

作者：许昌烟草机械有限责任公司王晓勇

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本文是用I-DEAS进行数控加工的一篇应用案例，作者通过本文较为生动地向广大读者诠释了如何用好软件才能解决好生产中遇到的难题。本文语言流畅、思路清晰、内容翔实，不仅对广大I-DEAS软件爱好者有较高的参考价值，而且对其他加工软件的编程人员也有很好的启迪作用。

I-DEAS 10 NX Series软件是美国UGS公司推出的一套包含计算机辅助设计、制造和工程分析（CAD/CAM/CAE）的集成软件系统，模块众多，功能强大。软件采用了主模型技术和当今CAD领域最先进的变量化造型系统，为企业新产品开发提供了完整的解决方案和强有力的技术支持。自从许昌烟草机械有限责任公司1998年购置I-DEAS软件以来，它就在烟机新产品开发的各个阶段得到了广泛的应用，极大地提高了产品质量，缩短了产品开发周期，创造了很好的经济效益。创成式加工（Generative Machining）是I-DEAS软件集成的加工模块，该模块提供了2.5～3轴铣削加工，4～5轴点位加工和车削加工，每种加工方式有多种加工策略供选择。创成式加工不仅可以直接加工由I-DEAS软件造型(Master modeler)模块设计的曲线、曲面和实体，而且可以对通过数据接口导入的其他CAD系统生成的零件进行NC编程。编程人员根据工件的特点，通过选择加工方式，制定加工策略，生成刀具路径，再通过软件提供的C-Post通用后置处理程序对生成的刀具路径编译，得到针对不同数控机床控制系统的加工程序，加工程序再通过DNC程序传输软件传输到数控机床进行加工，最终得到设计的零件。利用I-DEAS软件提供的强大功能，我们对卷烟机上使用的多种异型件进行了三维造型，设计了刀具路径，生成了加工程序，并在车间从瑞士进口的VCP1000高速铣床上试制成功。下面是我们利用I-DEAS软件解决平面凸轮槽加工难题的例子，写出来与大家交流。

一、问题的提出

我厂P70卷烟机有种平面凸轮槽零件，如图１所示。

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

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。

(1)构造凸轮轮廓

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。

图2 输入凸轮轮廓

(2)创建二维轮廓刀具路径

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。

图3 设置轮廓参数

3)得到插值点

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。

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

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。

(1)建立基础实体

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。

图5 生成基础实体

(2)建立凸轮槽三维模型

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

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

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。

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

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

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。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/10/2005)


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