PRO在凸輪加工中的應用

1、PRO/ENGINEER在凸輪加工中的應用在印鈔造幣機械中，凸輪的使用很多，既有平面凸輪，又有空間凸輪，其中空間凸輪的加工一直是機械加工中的難點。傳統(tǒng)的加工方法是用分度頭銑削或用靠模法加工，加工難度大，周期長，加工精度低，對操作工人的水平要求高。自從我廠購置數(shù)控機床后，利用配有數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床加工空間凸輪替代了傳統(tǒng)的加工方法，在很大程度上提高了凸輪的加工精度和加工效率，但是空間凸輪的數(shù)控加工程序一直是靠手工編程的，手工編程有很多不足，主要表現(xiàn)為：1編程復雜，工作量大在空間凸輪的工作圖中， 凸輪的理論輪廓或工作輪廓尺寸是在其外圓柱的展開圖上以直角坐標形式或列表形式給出。 假如按 1°

2、;將凸輪的輪廓尺寸在 360°上均分，則在程序中就要輸入 360 個坐標點，工作量大，容易出錯。但有時圖紙上凸輪輪廓坐標會以每 5°或 10°均分形式給出，由于間隔過大，數(shù)據(jù)不能直接使用，需要編程員對凸輪輪廓進行插值細化，這在手工編程中難度很大，甚至是不可能的。程序修改不方便程序編好后，若在工作首件試切削時發(fā)現(xiàn)有錯誤或需要進行修改，如逆銑改為順銑， 則程序需要重新調(diào)整， 調(diào)整過程是非常繁鎖的。凸輪輪廓加工精度低在手工編程中， 程序中兩個坐標點之間是用直線連接的， 即直線插補，由于手工編程的局限性，無法得到足夠多的坐標點，使得加工后的空間凸輪的工作輪廓與實際輪廓存在

3、誤差，表面有棱，不順滑，精度低。針對傳統(tǒng)加工和手工編程的不足，現(xiàn)在我們充分利用現(xiàn)有的CAD/CAM 軟件 PRO/ENGINEER 野火版 3. 0，解決了空間凸輪的加工難題。一、凸輪的原始數(shù)據(jù)現(xiàn)有一凸輪是從印刷設備上拆卸下來的，凸輪曲面有一定的磨損，經(jīng)三坐標測繪，得到凸輪曲面的實際輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖：（圖：凸輪展開圖）（圖：原始三維建模圖）若根據(jù)三坐標給出的數(shù)據(jù)直接建模，由三維圖可看出， 凸輪曲面不順滑，凹凸不平，尤其是過渡段與圓弧相接處明顯有棱邊，若這樣加工出的凸輪肯定是不能用的。此時，編程工藝員按三坐標給的數(shù)據(jù)來手工編程，不僅手工細化插值存在困難，而且編程復雜，工作量大，數(shù)據(jù)校對也困難。

4、若能通過軟件獲得數(shù)控銑床可識別的文件，則將大大簡化編程過程。二、運用 PRO/ENGINEER野火版 3. 0針對三坐標給出的數(shù)據(jù)，我們決定用PRO/ENGINEER 野火版3. 0 軟件來完成凸輪數(shù)據(jù)的完善、模擬加工和自動生成數(shù)控銑床可識別的數(shù)據(jù)表。使用 PRO/ENGINEER 野火版 3. 0 進行數(shù)據(jù)分析和校正進入軟件后點擊文件、 新建，選新建草繪，在名稱中輸入 CURVE后進入草繪模式，在草繪環(huán)境下，先建立坐標系，并任意畫一條樣條線,選取樣條線并單擊右鍵進入曲線屬性界面，展開文件菜單如圖，再選箭頭選中所建坐標系， 最后單擊保存按鈕， 就能把樣條線的幾個特征點的坐標值保存下來，將其保存

5、為 CURVE_line . pts 文件。（圖）使用記事本程序打開 CURVE_line . pts 文件，可以看到 PRO/ENGINEER 中樣條曲線所使用的文件格式，如圖（圖：樣條曲線所使用的文件格式）將三坐標給的數(shù)據(jù)坐標點以圖的格式粘貼到 CURVE_line . pts 文件，并保存。然后再次回到圖的界面，選 OPEN 文件打開剛保存的 CURVE_line . pts 文件，出現(xiàn)“文件出現(xiàn)不同點數(shù)，是否繼續(xù)？”提示，選取是。此時，凸輪數(shù)據(jù)就調(diào)入PRO/ENGINEER 中，如圖所示（圖）為了將曲線變得順滑，使曲率整體變化平穩(wěn)，曲率圖越規(guī)則，則表示凸輪光順度越好，我們選取擬合中的平

6、滑，零星點設置值為 30，發(fā)現(xiàn)修改后的曲線與理想中的比較接近，保存并退出草繪。2三維建模從文件中新建零件，名稱設為 CAMSOLID . prt，先拉伸一個圓柱，從插入菜單中選取模型基準進入圖形，輸入 SPLINE 確定，從草繪菜單中選取數(shù)據(jù)來自文件， 從系統(tǒng)文件中選擇剛才創(chuàng)建的曲線文件， 進入后比例和旋轉(zhuǎn)分別設為和， 保存退出。選擇可變截面掃描工具，進入草繪，繪制截面并從工具中選擇關(guān)系，輸入公式“3. 9+evalgraph( “spline，trajpar*360)”，如圖 6 所示。最終生成三維模型如圖 7 所示，由圖 7 可看出凸輪表面順滑度比較理想。（圖）（圖：修改后的三維圖）三維仿

7、真加工在 PRO/ENGINEER 中，從文件中新建制造，進入制造模式，進行制造模式設置，如圖， 選擇剛才建好的三維模型。參照模型建好后就要為其創(chuàng)建一個工件，這里我們選擇已經(jīng)建好的工件進行裝配，如圖，將自動選項改為缺省，確定退出。在制造設置中，機床選擇軸，并選擇一個加工零點，零點設在圓柱端面中心，設置圓柱退刀平面。然后進行加工設置，選擇軌跡，如圖 10 所示，選擇刀具、參數(shù)、四軸平面進行相應的設置，最后進行定制設置如圖 11，生成軌跡如圖 12 所示。進入 NC 檢測，也就是三維仿真加工， 如圖 14 所示。（圖）（圖）（圖 10）（圖 12：刀具軌跡）在參數(shù)樹中修改參數(shù)， 根據(jù)實際情況設置走

8、刀次數(shù)及粗精加工余量，可以很快生成刀具軌跡，實現(xiàn)粗精加工。參數(shù)設置參考圖13，圖中精加工余量留有0. 2mm。（圖 13：參數(shù)樹）（圖 14：仿真加工結(jié)果）從以上仿真效果看，凸輪面順滑度很好，達到預期效果，最后由后置處理自動生成數(shù)控銑床能識別的 G 代碼文件，如圖 15 所示。經(jīng)臥式數(shù)控銑床 HAAS 加工和三坐標再次檢測及裝機試驗，發(fā)現(xiàn)改善效果明顯，滾子從動件在凸輪表面運動平穩(wěn)，取得預期效果。（圖 15：加工程序）三、結(jié)束語通過空間凸輪加工難題的解決，充分體現(xiàn)了 CAD/CAM 軟件在數(shù)控加工中的重要性。利用 PRO/ENGINEER 軟件，我們又解決了多種空間凸輪和平面凸輪的加工難題。 目

9、前，我們在加工凸輪方面已經(jīng)積累了豐富的加工經(jīng)驗。 通過軟件也大大提高了對數(shù)據(jù)的分析和校正能力，降低了手工編程的難度，保證了零件的加工精度，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了對操作工人的技術(shù)水平要求。因此，從事數(shù)控加工的技術(shù)人員只有在深入理解和掌握一種或多種 CAD/CAM 軟件，并在實踐中加以合理的運用， 才能深入挖掘數(shù)控機床的加工潛力， 不斷提升機加工車間的工藝能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。凸輪件的測繪與二次設計CAD/CAM凸輪件的測繪與二次設計何首鵬我廠絕大部分產(chǎn)品的設計都是測繪之后的二次設計，其中凸輪的測繪特別多。由于手工測繪導致設計誤差大、對機械的相關(guān)運動沒有理論依據(jù)，當對運動的平穩(wěn)性與精確性一有要求

10、時就會出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象與位置不準等諸多現(xiàn)象，凸輪曲線問題給產(chǎn)品的質(zhì)量帶來了極大的損害。在這種情況下筆者采用BROWNSHAP三坐標測量機、加工中心和EB2000 電子圖板軟件，成功地對多種凸輪件進行了測繪基礎上的二次設計及加工，在沒有反讀軟件的情況下成功地解決了上述問題，并且使凸輪曲線及相關(guān)運動擁有了理論依據(jù)和檢查依據(jù)。以往的三坐標測量系統(tǒng)是離線檢測裝置，由于三坐標測量技術(shù)的發(fā)展是獨立于一般CAD/CAM的發(fā)展的。 因此，一般的三坐標測量系統(tǒng)有自己的信息處理系統(tǒng)，從實物模型信息轉(zhuǎn)換方法也是相對獨立的，有其自己的幾何定義方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常采用DMIS(DimensionalMeasurement

11、InterfaceSpecification) 文件形式。為了能使測量系統(tǒng)測量的信息在CAD 系統(tǒng)中表現(xiàn)其幾何模型，有必要對三坐標測量系統(tǒng)與CAD 進行數(shù)據(jù)交換。我廠所使用的三坐標測量機為QUINDOS操作系統(tǒng)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換通常為，先由QUINDOS 產(chǎn)生一個DMIS 文件，借助文件轉(zhuǎn)換把DMIS 文件轉(zhuǎn)換為DXF 文件，從而在系統(tǒng)中生成相應的數(shù)學模型。從三坐標測量系統(tǒng)到NC 機床的流程圖如下：三坐標測量系統(tǒng)QUINDOSDMISDXFCADCAMNCDMIS 文件是一種三坐標測量系統(tǒng)的幾何模型接口文件其格式如下：DMIS/DMIS INPUT PROGRAM開始V （ V1 ） =VFORM

12、/ALLCADV （ V2 ） =VFORM/MON， ACT ，DEVDISPLY/PRINT ，（ V1 ）， TERM ，（V2 ），SSTOR，（ V2 ） .輸出FILNAM/ ，DMIS.DEOMODE/MAN手動方式MODE/PROG自動方式ENDFIL讀取 DXF 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct COORDdoubleXdoubleYdoubleZstruct Pointstrict CPPRD*POINT;struct POINT*left;struct POINT*right;struct LINEstruct COORD*start;struct COORD*end;struc

13、t LINE*left;struct LINE*right;上述方法集成度不高、 存在信息轉(zhuǎn)換缺陷且不容易掌握， 筆者經(jīng)過多次具體的操作實驗找到了另一種方法。首先用三坐標測量機 QUINDOS 中的 OPAR2D 程序?qū)Ρ粶y繪凸輪件進行測量，并將所得到的測量值轉(zhuǎn)化為名義值， 然后將其轉(zhuǎn)為極坐標系后打印輸出 （此圖用來幫助總結(jié)凸輪的運動規(guī)律），將所得到的名義值以要素數(shù)據(jù)保存。接著再轉(zhuǎn)為直角坐標系，將所得到的名義值以要素數(shù)據(jù)保存。由于筆者所用的三坐標測量機是UNIX系統(tǒng)，因此在計算機中裝入了DOS與WINDOWS操作系統(tǒng)，使其在UNIX/DOS/WINDOWS操作系統(tǒng)下都可管理與應用。然后用XTO

14、D 命令將所得到的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為DOS 系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)文件格式。然后將所得到的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為純文本格式，在WINDOWS操作系統(tǒng)下啟動CAXA-EB2000電子圖版軟件，用樣條線的純文本讀入功能讀入以上兩個文件，這樣就得到凸輪曲線與極坐標展程圖。之后用等距線得到輥子的運動中心線，就其各個工作程及升程回程的運動要求利用EB200 的公式曲線功能，分別用各種公式曲線，如等速、勻加、勻減和修正正弦余弦曲線等對上述曲線進行逼近，從而得出理論曲線。 經(jīng)過上述工作就將測量的凸輪上升到了具有理論運動規(guī)律的結(jié)果圖紙。下一步就是具體加工與檢查工作了。將圖紙曲線轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為純文本格式，啟動WOR

15、D 軟件，編輯CNC 加工程序G0G91G28X0Y0Z0;GOG90G54X()Y()Z();GO1G43Z()H01F();G01G42X()Y()D01;dateG01G40X()Y();G0Z();M05;M30;END;將儲存為 *.DAT 格式的文件輸入加工中心后用加工中心加工。將理論數(shù)據(jù)的純文本。進入UNIX系統(tǒng)用DTOX生成UNIX可識別文件 *.dat 啟動QUINDOS 將 *.dat 確定為名意值。以這個名義值文件對加工后的凸輪件進行檢查。這樣對凸輪曲線就有了嚴格的理論設計與檢驗方法。保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。具體 QUINDOS 程序如下：標定探針，測量基準，建立坐標系。SAT

16、RT 2D OPERATIONREFPRB_X(XOF=0,YOF=0,ZOF=-200,DIA=3,PRB=PRB,CAL=Y,TYP=PH9,PHA=0,PHB=0,DEL=Y,SNT=TP7,DFT=2)CPYPRBMEPLAMECYLMEPLAMCSPLPL(NAM=PLANE(2),CSY=CMMA$CSY,CYP=DEF$PLA3,DEL=N)(NAM=CYL_DAT,CSY=CMMA$CSY ,CPY=DEF$CYL2,ITY=CY2,DEL=N)(NAM=PLA_L2,CSY=CMMA$CSY,CPY=DEF$PLA3,DEL=N)(NAM=PLA_L3,TYP=PLA,CSY

17、=CMMA$CSY ,CPY=DEF$PLA2,EL1=PLA_L,TY1=PLA,ST1 =PLA,MD1=(NOM,NOC),EL2=PLA_L2,TY2=PLA,ST2=PLA,ST2=PLA,MD2=(NOM,NOC),C NN=SYM)BLDCSY(NAM=CSY_SCAN,TYP=CAR,REF=REFR$CSY ,SPA=PLANE(2),SDR=+Z,PLA=PLA_L3,PD R=+X,XZE=CYL_DA T,YZE=CYL_DAT,ZZE=PLANE(2)DFNCMM(NAM=SCAN,MSP=(400,400,400),MAC=0.001,PSP=3,PFC=0.3,P

18、OF=0.5,PLT=4,PAC=5,SDN= 2)USECMM(NAM=SCAN0ME2DE(NAM=CURVE_1,CSY=CSY_SCAN,MOD=(NOC,NOE),INO=I,DEL=N)CURV2D(SRC=CURVE_1,DST=CURVE_1,OPN=N,A_O=XY ,CLW=N)GETVAL(NAM=NN,OBJ=CURVE_1,DSC=j,TYP=APT)!THE FOLLOWING LINE HAS BEEN MADE TO AA PROCEDURE (USING MIDDLEMOUSE BUTTON)!COLAPT(NAM=AAAAA,CSY=CSY_SCAN,DEL

19、=N,PTS=CURVE_1,FRS=I,LST=I)REPEAT(NAM=I,BGN=0,END=820,DLT=10,PRC=MMMM)CURV2D(SRC=BBBB,DST=BBBB,OPN=N,A_O=XY ,CLW=N)RCOR2D(SRC=CCCC,DST=CCCC_R,OPN=N,A_0=XY ,CLW=N,RAD=1.5)RMVOPT(SRC=BBBB_SHF,DST=BBBB_SHF,CLW=N,ERR=DRR1)ACNO2D(ACT=BBBB_SHF,NOM=BBBB,RES=ACNO_BCMM,EDI=ACT,AOP=N,A_O=SY,ACW=N,NCW=NMOD=EV

20、A)SETFLD CCCC_R_TRA,V,APT,OCOLAPT(NAM=TTT,CSY=CSY_SCAN,DEL=YPTS=A_TRA_DIFF)EXCHNG(NAM=TTT,MOD=XCH)ME2DE(NAM=TTT,CSY=CSY_SCAN,INO=IDEL=N)EXCHNG(NAM=ALL,MOD=MOV)CURVE_P(ELE=ACNO_BCMM,OPN=N,A_OXY ,FAC=1,TYP=1,FRM=N,SPF=N)BLDTRA(NAM=TRA1,SHX=0.5,SHY=0.6,ANG=0.6,AXI=+Z)TRAELE(NEW=BBBB_BFT,TRA=TRA1,OLD=BB

21、BB)BFIT2D(ACT=BBBB_BFT,NOM=BBBB,RES=BFT_BB,TRA=TRA2,FIX=(N.N.N),OFF(0,0,0),ORI=Y, A_O=XY ,AOP=N,NOP=N,ACW=N,MXI=10,EPS=0.0005,ERR=ERR,CAL=INT)SHFPTS(SRC=BBBB,DST=BBBB_SHF,DIS=37,STY=APT)RCORNORDFNELE(NAM=DFN_PNT,TYP=PNT,CSY=CSY_SCAN)FGEX2D(NAM=BBBB,MIN=P_MINN,MAX=P_MAXN,OPN=N,A_O=SY ,CLW=N,TYC=INT,M

22、OD=EV A)INAXI2DE(E2D=BBBB,INT=DEF_AXI,IPT=(PNT1,PNT2),OPN=N,A_O=XY ,CLW=N,TYC+INT,MOD=E VA)MCDPTPT(NAM=DISTANCE(1),TYP=DIS,CSY_SCAN,CPY=DEF$DIS3,EL1=PNT1,TY1=POI,ST1=POI,MD1=NOM,EL2=PNT2,TY2=POI,ST2=POI,MD2=NOM,CNN=DIS)DIPNTPNT(NAM=DIS1,CSY=CSY_SCAN,EL1=PNT2,EL2=PNT1,MOD=EVA)MCDCYCY(NAM=DISTANCE(2),

23、TYP=DIS,CSY=CSY_SCAN,CPY=DEF$DIS3,EL1=CYLINDER(3),TY1=CYL,ST1AXI,EL2=CYLINDER(4),TY2=CYL,ST2=ZIX,CNN=DIS)DIAXIAXICONECTSQRAXAX(OBJ=DIS1TYP=PLA,DAT=DIS1CPY=DEF$DIN9)!TRASFORM THE CAM CSY TO POLAR CSY(OBTAIN THE CAM STROKE) TRACRV2D (STC=CCCC_R,DST=CCCC_R_TRA,TYP=POL,OPN=N,DEG=Y) !TESTDIFF2D(SRC=CCCC_R_TRA,DST=CCCC_R_TRA_DIF)TEMP_=CCCC_R_TRA.ACT.PTS(1).PT.XPUTVAL(OBJ=A_TRA.ACT.PTS(1).PT,DSC=Y,VAL=TEMP_X)A_TRA.CAT.PTS(1).PT.X=TEMP_X!DIFINE A ELE TO CONTAIN THE TRASFORMED CURVEDFNELE(NAM=A_TRA,TYP=2DE,CSY=CSY_S