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        基于Pro/E 5.0的圓柱凸輪多種建模方法及其多軸仿真加工研究

        2020-09-10 07:22:44申鵬
        內(nèi)燃機與配件 2020年23期
        關(guān)鍵詞:凹槽圓柱體凸輪

        申鵬

        摘要:圓柱凸輪是一個圓柱體上開有凹槽的構(gòu)件,其輪廓曲線是一條封閉的空間曲線且具較復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系。其建模過程相對復(fù)雜,本文基于Pro/E5.0,研究了三種不同的建模方法,并進行了四軸仿真加工,生成了數(shù)控加工的程序,為同類型零件建模和數(shù)控加工提供了參考依據(jù)。

        Abstract: Cylindrical cam is a member with grooves on a cylinder, and its profile curve is a closed space curve and has a more complicated mathematical relationship. The modeling process is relatively complicated. Based on Pro/E5.0, this paper studies three different modeling methods, and carries out four-axis simulation processing, and generates a numerical control processing program for modeling and numerical control processing of the same type of parts. Provide reference basis.

        關(guān)鍵詞:Pro/E 5.0;圓柱凸輪;建模;多軸;仿真加工

        Key words: Pro/ENGINEER wildfire 5.0;cylindrical cam;modeling;multi-axis;simulation processing

        中圖分類號:TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2020)23-0128-03

        0? 引言

        凸輪分為盤型凸輪和圓柱凸輪,圓柱凸輪具有所占空間小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞力矩大等優(yōu)點,在各種小型機器中得到廣泛應(yīng)用。圓柱凸輪的輪廓曲線是一條封閉的空間曲線,采用傳統(tǒng)的方法很難獲得精確的輪廓數(shù)據(jù)以滿足數(shù)控編程的需要,這給加工制造帶來了很大困難[1-2]。為了克服這一難題,本文結(jié)合文獻[3]利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0研究了圓柱凸輪的包絡(luò)曲線建模方法、可變截面掃描建模方法、環(huán)形折彎建模方法三種不同的建模方法。同時利用該軟件對圓柱凸輪進行了四軸仿真加工和數(shù)控程序的生成,為同類型零件建模和數(shù)控加工提供了參考依據(jù)。

        1? 圓柱凸輪零件結(jié)構(gòu)分析

        圓柱凸輪零件的零件圖形如圖1所示:其結(jié)構(gòu)特點是在一個直徑尺寸為?覬100mm圓柱體上開有一個寬度為12mm深度為10mm的凹槽,該凹槽按照一定的規(guī)律緊密纏繞在圓柱體周圍。采用傳統(tǒng)方法完成該圓柱凸輪零件的建模和加工均存在一定的難度。因此,需要用一些特殊的方法。

        2? 圓柱凸輪的三種建模方法

        2.1 圓柱凸輪包絡(luò)曲線建模方法

        在Pro/ENGINEER Wildfire 5.0軟件中,提供了一種通過將原有基準曲線印貼到曲面上命令,即創(chuàng)建包絡(luò)(印貼)曲線,就像將貼花轉(zhuǎn)移到曲面上一樣。基準曲線只能在可展開的曲面(如平面、圓錐面和圓柱面)上印貼。同時包絡(luò)曲線將保持原曲線的長度。

        經(jīng)過分析對比,圓柱凸輪的基本體圓柱直徑已知,可根據(jù)圓周長公式:

        計算得出該圓柱體外圓柱的周長為100πmm,由于圓柱體高度尺寸為100mm,因此展開平面圖中的矩形尺寸應(yīng)為100πmm×100mm。根據(jù)展平面開圖中所標注的尺寸以及A1、A2、A3、A4各點的角度值?茲Ai,可以按照比例換算確定其坐標位置,換算公式如下:

        例如A1點的角度值為64°,可按上述公式換算出A1點的縱坐標值:XA1=55.85mm。

        同理,A2、A3、A4各點的坐標值分別為XA2=99.74mm、XA3=216.42mm、XA4=258.31mm。

        根據(jù)上分析和尺寸,可在100πmm×100mm的矩形平面內(nèi)繪制出凹槽輪廓曲線S1,再利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0軟件的包絡(luò)曲線功能將曲線曲線S1包絡(luò)投影到外圓柱面上得到空間曲線S2。以此包絡(luò)曲線曲線S2為軌跡線,再繪制10mm×12mm的矩形作為截面,利用軟件的掃描(切口)命令,即可得到圓柱凸輪如圖2。

        該方法建?;静襟E為:選擇一個繪圖平面,繪制圓?覬100mm→拉伸為?覬100mm×100mm圓柱體→選擇穿過圓柱體中心軸線的平面根據(jù)換算尺寸繪制圓柱凸輪凹槽輪廓展開曲線S1→在編輯菜單中選擇包絡(luò)命令,將曲線S1投影到圓柱體外圓面得到凹槽輪廓展開曲線空間曲線S2→利用掃描-切口命令選擇凹槽輪廓展開曲線空間曲線S2為掃引軌跡,繪制10mm×12mm的矩形作為截面得到圓柱凸輪→孔命令繪制?覬20通孔。注意事項如下:

        ①各點坐標值的正確換算,否則無法精確繪制圓柱凸輪。②為防止運用包絡(luò)曲線命令時選錯圓柱面,?覬20通孔應(yīng)在最后繪制。

        2.2 圓柱凸輪環(huán)形折彎建模方法

        環(huán)形折彎(Toroidal Bend)命令是一種改變模型形狀的操作,它可以對實體特征、曲面和基準曲線進行環(huán)狀的折彎變形[4]。

        因此,可在上述建模方法的基礎(chǔ)上,在100πmm×100mm的矩形內(nèi)繪制平面展開后的凹槽輪廓曲線S3,將矩形拉升高度50mm,得到一個長方體T,利用掃描切口命令在該長方體T上繪制凹槽的平面展開形狀,再利用環(huán)形折彎命令沿著C軸折彎360°即可繪制出圓柱凸輪。(圖3)

        該方法建模基本步驟為:選擇一個繪圖平面,繪制100πmm×100mm的矩形→拉伸100π×100×50mm長方體T→選擇長方體表面為繪圖平面,根據(jù)換算尺寸繪制圓柱凸輪凹槽輪廓展開曲線S3→利用掃描-切口命令選擇凹槽輪廓展開曲線S3為掃引軌跡,繪制10mm×12mm的矩形作為截面得到圓柱凸輪凹槽平面展開形狀→在“插入”-“高級”中選擇“環(huán)形折彎”命令,在“參照”選項卡下勾選“實體幾何”,內(nèi)部定義“輪廓截面”時,添加坐標系,使用移動和調(diào)整確保坐標系的X軸與草繪方向重合,折彎類型選擇“360°彎折”,選擇長方體左右兩個端面得到圓柱凸輪→孔命令繪制?覬20通孔。注意事項如下:①各點坐標值的正確換算,否則無法精確繪制圓柱凸輪。②使用環(huán)形折彎命令時, “參照”選項卡下勾選“實體幾何”,內(nèi)部定義“輪廓截面”時,添加坐標系,使用移動和調(diào)整確保坐標系的X軸與草繪方向重合,折彎類型選擇“360°彎折”,否則不能正確繪制圓柱凸輪。③為防止運用環(huán)形折彎命令時選錯參照,?覬20通孔應(yīng)在最后繪制。

        2.3 圓柱凸輪可變截面掃描建模方法

        由于上述兩種建模方法在繪制圓柱凸輪凹槽輪廓線時,均需要按照比例換算出相關(guān)點的坐標值,不能直接利用圖4中已有尺寸進行繪制,增加了部分計算量。為了提高建模的效率,可充分利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0提供的函數(shù)關(guān)系式功能,繪制圓柱凸輪凹槽輪廓線時,無需換算尺寸,直接根據(jù)平面開圖中所給出的尺寸進行繪制。在使用可變截面掃描時添加函數(shù)關(guān)系即可繪制出所需圓柱凸輪。

        該方法建?;静襟E為:選擇一個繪圖平面,繪制兩個同心圓?覬100mm、?覬20mm→拉伸至高度為100mm的空心圓柱體→插入-模型基準-圖形,添加坐標系,根據(jù)零件圖平面展開所示注尺寸繪制圓柱凸輪凹槽輪廓展開曲線S4→利用可變截面掃描命令選擇圓柱體一個端面邊線為原點軌跡→點擊控制面板上的“草繪”,繪制10mm×12mm的矩形作為截面,同時點擊工具-關(guān)系,為尺寸S5添加函數(shù)關(guān)系:sd5=evalgraph(“cam”,trajpar*360)→移除材料得到圓柱凸輪。

        注意事項如下:①根據(jù)零件圖平面展開所示注尺寸繪制圓柱凸輪凹槽輪廓展開曲線S4時,應(yīng)先插入坐標系。②使用可變截面掃描命令選擇圓柱體一個端面邊線為掃引軌跡時, 不要按住CTRL選擇另外一個半圓弧,這樣系統(tǒng)并不能認為這是原點軌跡。而是通過點擊“細節(jié)”,點擊“基于規(guī)則”-“相切”。

        3? 圓柱凸輪四軸仿真加工

        利用上述三種建模方法均可進行圓柱凸輪零件的三維實體建模。由于圓柱凸輪零件的結(jié)構(gòu)特殊,傳統(tǒng)的普通設(shè)備已無法滿足設(shè)計精度要求。目前,圓柱凸輪主要是在多軸數(shù)控機床上通過聯(lián)動的方式加工成形,數(shù)控程序的編制是圓柱凸輪加工的關(guān)鍵。利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0的制造功能,可完成凸輪零件的四軸仿真加工與自動編程[5]。

        主要步驟為,新建“制造文件”,選擇已經(jīng)建模完成的圓柱凸輪零件為參照模型,設(shè)置毛坯為?覬100mm×110mm圓柱體,將工件坐標系原點設(shè)置在毛坯左端面中心處ACS1,設(shè)置機床類型為:銑削、四軸、使用旋轉(zhuǎn)輸出、旋轉(zhuǎn)軸A軸。在操作設(shè)置中,機床零點選為已設(shè)定的坐標系A(chǔ)CS1,退刀曲面選擇球面,已完全包含圓柱凸輪為宜。NC序列選擇曲面銑削,加工軸為4軸,依次定義參數(shù)、曲面、四軸平面、定義切削。利用屏幕演示進行仿真切削加工觀察刀軌,利用NC檢查借助VeryCut平臺觀看去除材料仿真加工演示。最終加工效果如圖5。仿真無誤后可在編輯—CL數(shù)據(jù)—輸出-NC序列,輸出數(shù)控程序。

        4? 結(jié)論與展望

        本文利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0的建模功能模塊,研究了圓柱凸輪的包絡(luò)曲線建模方法、可變截面掃描建模方法、環(huán)形折彎建模方法三種不同的建模方法。同時,結(jié)合相關(guān)數(shù)控技術(shù)利用該軟件的加工功能模塊對圓柱凸輪進行了四軸仿真加工和數(shù)控程序的生成,為同類型零件建模和數(shù)控加工提供了參考依據(jù)。

        參考文獻:

        [1]余晶.基于UG NX 的圓柱凸輪多軸加工方法的研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2017(06).

        [2]雷蔓,劉毅,孟泰,張濤,張玉平.正弦曲線圓柱凸輪的建模及其四軸數(shù)控加工[J].時代農(nóng)機,2017,44(07).

        [3]淮妮.直動尖頂從動件圓柱凸輪的參數(shù)化設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件,2017(08).

        [4]詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版5.0高級應(yīng)用教程[M].機械工業(yè)出版社,2010.

        [5]劉偉淋,程璋.圓柱凸輪的四軸聯(lián)動加工與仿真技術(shù)[J].新技術(shù)新工藝,2015(01).

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