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1、三维模型参数化设计与数控加 工仿真的实现三维模型参数化设计与数控加工仿真的实现作者：悻志东工仿真的实现过程。1加工零件与工艺分析图1所示为圆柱凸轮零件图,柱直径d=254mm,柱高H=203.20mm,内孔半径r=80.8mm,滚子直径dt=30.25ram,凸轮槽深v=20.65mmo柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽，加工 时刀具沿圆柱凸轮圆周表面铳削的范围往往大于360。，宜采用四轴或带有数控回转台的三坐 在每一个截面上通常是等深的，根据槽宽及形 状选用直径为20mm圆柱立铳刀。圆柱凸轮铳 削加工前通常是一个实心的圆柱体，要经过开标立式数控铳床进行加工。柱凸轮槽的底部随着机械制造行 业自动
2、化程度的提高，产品生产的竞争日趋激 烈，人们借助于CAD / 匈L技术的卓越功能来 实现产品的辅助设计与辅助制造功能，从而大 大缩短产品的生产周期和降低产品的生产成 本。SolidWorks是基于Windows平台的主流 三维设计软件，被广泛应用于各行业的产品设 计，它采用基于特征的参数化模型系统，为产 品的设计、分析和制造的一体化提供了平台。Mastercam是美国CNC Software公司开发的CAD / CAM 一体化软件，它对硬件的要求不 高，操作灵活，具有良好的性价比，特别在CNC 编程方面快捷方便，广泛应用于中小型制造企 业。在实际工作中，设计人员采用SolidWorks 软件进
3、行零件设计，再将零件模型导入Mastercam软件编制零件刀县路径，自动生成数控代码，极大地提高了工作效率，有效保证 了零件加工的精度。笔者以圆柱凸轮为例，详 细阐述三维模型的参数化设计到自动编程、加 槽粗加工半精加工精加工等工序O 由于凸轮槽宽度值大于实际刀具直径，除粗加工外，其余工序采用非等径加工方式，刀位轨 迹相对粗加工路径向两侧偏移值为5.125mm； 其中半精加工刀具步进间距2mm, 2次走刀； 精加工刀具步进间距1.125mm, 1次走刀；共 分6次走刀完成(单侧3次走刀)。2参数化三维设计2. ICamTrax插件功能CamTrax是应用于SolidWorks软件中的一个 win
4、dows界面的第三方软件，用于帮助设计者 精确、有效地构建各种类型的凸轮实体模型。CamTrax插件的主要功能：(1)提供直线、盘形、柱等多种凸轮类型及主运动方式(顺时针、逆时针)，推杆与凸轮保持接 触形式可选沟槽式、外廓接触、内廓接触，从 动件可选对心直动推杆、偏心直动推杆、摆动 推杆。(2)可自定义从动件运动规律，载荷数据。可选 的凸轮运动规律有：凸轮不动；筒谐运动 规律；正弦加速度；修正正弦加速度； 修正梯形加速度；正弦一恒速复合运动规律;正弦一简谐复合运动规律；八阶多项式运 动规律；外部数据文件（txt格式），两列：第 一列为凸轮角位移，增量为0.1。，第二列为对 应的从动件位移。可以
5、输入的载荷数据有： 从动件弹性模量，凸轮弹性模量；重量加速 数据，外力作用数据；凸轮转速；弹簧数 据。（3）运动分析结果可以输出到EXCEL文件 中。2. 2凸轮实体模型的构建在CamTrax软件中设置圆柱凸轮的基本参数 及定义从动件运动规律参数后，SolidWorks软 件利用曲线功能自动绘制凸轮理论轮廓曲线及 凸轮实际轮廓曲线，最后通过切除放样操作生 成凸轮的三维实体。3. 3零件模型的数据交换 在SolidWorks中完成凸轮实体模型设计后， 需要将实体零件导入到Mastercam中进行数控 加工的刀具路径设置。通过SolidWorks工具 栏中的Mastercam Direct插件，使
6、得用户在使 用SolidWorks时可以在Mastercam中打开实 体模型，从而保证了实体模型参数的完整性， 为后续的刀具路径设置作好准备工作。3零件模型的数控加工及仿真4. 1 Mastercam X的加工设置 (1)粗加工选择ToolpathsContour Toolpath”命令，“Chain”(串连)选择凸轮槽中心曲线并确定；在轮廓加工对话框中选取咖20mm的立铳刀，设 定旋转轴参数、转速、进刀量等参数；设置计 算机补偿与控制器补偿为OFF,设定安全高度、 回退高度、进给高度、加工深度、刀具引入及 导出等参数，最后确定。系统自动生成粗加工 刀具路径。(2)半精加工及精加工选择“Too
7、lpathsTransform Toolpath”命令，选择转换类型为叮ranslate(平移)并勾 选”创建新操作管理项”;打开“平移”操作参数对 话框，选择“两点间距”，设置平移参数，沿槽腔 中心线两侧方向，依次生成步距为2mm, 2次 走刀的半精加工刀具路径与步距为1.125mm, 1次走刀的精力加工刀具路径。完成凸轮槽粗精加工刀具路径定义。3. 2自动编程与加工仿真在”操作管理器”中选择全部定义完成的粗、精加工共7次走刀路径，单击“后置处理，选择NC 程序保存路径，系统自动生成数控代码（图6）。单击“实体验证”，进入实体切削仿真，既可以验 证所生成NC程序正确性,又可逼真地模拟零件 的实际加工过程（图7）o图6零件数控代码4结束语通过圆柱凸轮零件的加工实例，介绍了利用SolidWorks Mastercam 等主流 CAD / CAM软件，实现从三维模型构建到自动编程、加工 仿真的详细过程。同时，在产品设计及制造过 程中掌握2个软件的转换能够有效地发挥软件 的功能，提高产品设计及制造的质量和效率。