張紅霞

（江蘇省盱眙技師學(xué)院，江蘇 淮安 211700）

基于CAMWorkS的汽車輪轂?zāi)Ｐ蛿?shù)控加工研究

張紅霞

（江蘇省盱眙技師學(xué)院，江蘇 淮安 211700）

以CAMWORKS為工具，對汽車輪轂?zāi)Ｐ偷脑煨秃蛿?shù)控加工過程進(jìn)行了闡述，其中重點(diǎn)就輪轂加工特征的自動識別、生成操作計(jì)劃與刀具軌跡生成等進(jìn)行了研究，所生成的程序滿足了生產(chǎn)的需要。

CAMWORKS; 輪轂; 數(shù)控加工

隨著生活水平的逐步提高，汽車已經(jīng)成為我們出行的基本交通工具。在汽車的生產(chǎn)過程中，汽車的輪轂是保證汽車能夠正常前進(jìn)的重要零件，汽車的所有重量都是由輪轂來承載的，并且在汽車的行駛過程中的各種沖擊，也要通過輪轂來消除，所以它是保證安全行駛的最直接的零件。

目前汽車輪轂主要有鋼制和鋁制兩種，由于具有質(zhì)量輕、安全性好等特點(diǎn)，鋁制輪轂有代替鋼制輪轂的趨勢。

1 汽車輪轂的制造工藝

1.1 汽車輪轂的加工工藝流程

鋁制輪轂的生產(chǎn)工藝主要包括前期材料準(zhǔn)備、鑄造成型、探傷檢測與熱處理、機(jī)械加工及后期處理等內(nèi)容。在輪轂的制造過程中，直接的機(jī)械加工是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，但鑄造成型的方法有多種。不管使用什么方法，針對輪轂?zāi)Ｐ偷闹苯蛹庸し椒ǘ际潜仨毥鉀Q的問題。

1.2 汽車輪轂?zāi)Ｐ偷淖饔?/h3>

汽車輪轂的模型是制造輪轂?zāi)＞叩幕A(chǔ)，鋁制輪轂雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但太復(fù)雜的輪轂造型不但會加大制造成本，而且對輪轂的使用保養(yǎng)與維護(hù)也會帶來麻煩。所以制造具有一定強(qiáng)度和形狀的輪轂，要進(jìn)行綜合考慮，輪輻太過簡單，則強(qiáng)度可能難以保證或者視覺效果太單一，輪輻太過復(fù)雜，又可能得不償失。

2 三維造型的方法

在各種造型軟件中，UG和ProE等是傳統(tǒng)的大型軟件，它們具有處理復(fù)雜圖形的能力，并且其功能模塊多，造型方法多樣。其缺點(diǎn)是大型軟件復(fù)雜操作相對麻煩。

在沒有特別復(fù)雜的曲面要求和專門功能要求的情況下，選擇了SolidWorkS軟件來進(jìn)行輪轂的造型工作，原因在于SolidWorkS不但造型快捷，方便編輯、修改設(shè)計(jì)方案，而且，它也有插件CAMWorkS用來數(shù)控加工。

圖1為使用SolidWorkS造型的19吋輪轂的模型，該輪轂以周向均布5個(gè)鏤空造型和5個(gè)飾紋組成，相關(guān)部位都進(jìn)行了倒圓角處理，中間的孔用于安裝軸，5個(gè)沉頭孔用于安裝鎖緊螺母。

圖1 汽車輪轂零件造型圖

使用SolidWorkS進(jìn)行輪轂的造型，不但構(gòu)圖方便，還可以快速計(jì)算出零件的質(zhì)量、重心及慣量等。

3 特征自動識別及刀具軌跡的調(diào)整方法

3.1 特征自動識別

當(dāng)前的數(shù)控自動編程軟件能夠生成數(shù)控程序，是由傳統(tǒng)的APT語言演變而來的，即由定義的線段、圓弧等的構(gòu)圖要素（起點(diǎn)、終點(diǎn)、線形等）來“翻譯”成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的G代碼程序。

由于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的高速發(fā)展，CAD技術(shù)得到了發(fā)展和普及，相應(yīng)的，CAM技術(shù)也隨之得到了發(fā)展，并且它們的發(fā)展過程也是一致的。從二維構(gòu)圖到三維造型的CAD技術(shù)，CAD經(jīng)歷了二維繪圖到三維設(shè)計(jì)的重要變化。這種變化，徹底提升了計(jì)算機(jī)僅僅用于繪圖工具的作用，將所見即所得的設(shè)計(jì)理念，變成了現(xiàn)實(shí)。

CAM也緊跟著CAD的發(fā)展而更加人性化。初期的CAM軟件只能夠識別二維線型，即操作者根據(jù)圖紙和加工要求，先進(jìn)行特定的二維構(gòu)圖，然后使用鼠標(biāo)選取加工對象（線段、圓弧及由其組成的輪廓或島嶼），這樣就定義了要加工的內(nèi)容（邊界或區(qū)域）。后來，隨著三維構(gòu)圖技術(shù)的發(fā)展，CAM中拾取加工對象也就擴(kuò)大到面、孔、凸臺、凹槽等內(nèi)容。

一般CAM軟件對于加工對象的拾取是通過鼠標(biāo)來點(diǎn)取選擇的，CAMWorkS的先進(jìn)性在于它提供了特征自動識別功能。如圖2，點(diǎn)取CAMWorkS的工具中的“提取可加工的特征”，則軟件系統(tǒng)將自動識別造型中可以加工的各種二維特征。在自動識別的特征的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行2．5軸的特征拾取和曲面特征的選擇。

圖2 特征自動識別加工輪轂

根據(jù)該輪轂零件的特點(diǎn)，經(jīng)過操作后的加工內(nèi)容見圖3。對于生成的加工內(nèi)容，是按照順序進(jìn)行排列的，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，只要調(diào)整加工特征樹中的順序，就能夠方便地調(diào)整實(shí)際加工順序，而且后續(xù)的工作也不需要重新設(shè)置，軟件系統(tǒng)會提醒自動更新。

3.2 生成操作計(jì)劃

這里所說的操作計(jì)劃，是指根據(jù)加工內(nèi)容所進(jìn)行的加工刀具的選擇和設(shè)置、加工方式的選取等內(nèi)容，操作計(jì)劃是一個(gè)中間過程，特征識別解決的是選取什么的問題，操作計(jì)劃解決的是怎么處理的問題，輪轂加工的操作計(jì)劃見圖4。

從圖4中我們可以看出，相應(yīng)的刀具對應(yīng)著加工內(nèi)容。根據(jù)特征，軟件系統(tǒng)在工藝數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，自動提供相應(yīng)的加工方案，是選擇平底刀還是選擇球頭刀，是選擇中心鉆還是麻花鉆，系統(tǒng)都能夠按照相關(guān)的約束進(jìn)行處理。

系統(tǒng)自動處理的操作計(jì)劃同特征識別一樣，也是可以進(jìn)行人工編輯和修改的。由于實(shí)際生產(chǎn)狀況的變化，可能缺少相關(guān)尺寸的刀具，或者受某種加工設(shè)備的限制，需要進(jìn)行重新組織加工方法的，可以在操作計(jì)劃單中進(jìn)行人為的調(diào)整。調(diào)整后的計(jì)劃，將自動儲存在系統(tǒng)中，系統(tǒng)會提醒操作者進(jìn)行更新。

圖3 輪轂加工內(nèi)容

圖4 輪轂加工的操作計(jì)劃

3.3 生成刀具軌跡

數(shù)控加工前要根據(jù)零件圖紙的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際毛坯情況，確定刀具的移動軌跡，手工編程的方法是通過計(jì)算與分析，然后用手寫的方法確立從哪兒下刀，延著什么路徑進(jìn)行刀具的移動，然后在什么位置使刀具離開工件，最后按照數(shù)控代碼的格式要求，手工的編寫零件加工程序。

計(jì)算機(jī)輔助編程的重要工作之一就是根據(jù)待加工內(nèi)容，按照操作計(jì)劃的內(nèi)容和順序，自動生成刀具軌跡。使用CAMWorks輪轂加工的刀具軌跡見圖5。計(jì)算機(jī)自動編程生成的刀具軌跡，是以一個(gè)固定的文件而存在的，這個(gè)文件由一系列數(shù)據(jù)和對應(yīng)的關(guān)系組成，它詳細(xì)描述了待加工內(nèi)容的各種信息要素，這些要素包括具體的構(gòu)圖線型數(shù)值、和加工有關(guān)的設(shè)置等工藝參數(shù)。

刀具軌跡可以通過計(jì)算機(jī)界面方便的觀察，也可以進(jìn)行編輯和修改。編輯和修改的內(nèi)容包括刀具的設(shè)置、加工方法的優(yōu)化、工藝參數(shù)的調(diào)整等所有內(nèi)容，操作方法就是選中待編輯的加工內(nèi)容后，進(jìn)行“編輯定義”，進(jìn)入“操作參數(shù)”界面，然后根據(jù)實(shí)際情況和操作者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修改和調(diào)整。

圖5 輪轂加工刀具軌跡

3.4 模擬刀具軌跡驗(yàn)證

對于自動生成的刀具軌跡及文件，一般CAM軟件都提供了刀具軌跡的模擬驗(yàn)證。這種驗(yàn)證一般有兩種方式，一種是實(shí)體驗(yàn)證，一種是線框模式驗(yàn)證。前者的優(yōu)點(diǎn)是既直觀明了，還可以通過色彩變化來進(jìn)行是否過切等驗(yàn)證。后者是運(yùn)算快捷，能夠初步了解加工的情況，輪轂的驗(yàn)證見圖6。

圖6 輪轂加工的驗(yàn)證

3.5 后置處理，生成數(shù)控加工程序

對于經(jīng)過驗(yàn)證的刀具軌跡，操作者如果認(rèn)為已經(jīng)合理，則可以通過后置處理的方式，將刀具軌跡文件“翻譯”成數(shù)控機(jī)床能夠識別的數(shù)控程序，這個(gè)過程稱為后置處理。

后置處理是根據(jù)相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)來進(jìn)行的，比如使用的是西門子某系統(tǒng)，或者法拉科某系統(tǒng)，則要選擇該系統(tǒng)，按照對應(yīng)的規(guī)則來轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)和代碼。

由于數(shù)控系統(tǒng)的存儲容量越來越大，現(xiàn)在一般都盡可能使用通用的G01代碼來進(jìn)行處理，所以，自動編程生成的程序一般都比較長。

4 結(jié)語

生成好的數(shù)控加工程序，通過通訊軟件傳輸給數(shù)控銑床后，按照一般數(shù)控銑床的操作方法進(jìn)行刀具的安裝、工件的裝夾和調(diào)整，然后進(jìn)行機(jī)床上的數(shù)控程序調(diào)試，對好刀具后進(jìn)行汽車輪轂?zāi)Ｐ偷臄?shù)控加工，各項(xiàng)指標(biāo)都能夠滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求。

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