凸轮造型与加工设计任务

凸轮的设计造型与加工

【目的要求】学习公式曲线设计及凸轮粗、精加工的工艺过程设计。

【教学重点】公式曲线设计与编辑；等高线粗加工、平面轮廓精加工的刀路生成。

【教学难点】工艺过程设计中各项参数的评定。

【教学内容】

任务：凸轮的设计造型与加工

一、凸轮的实体造型

造型思路：根据图4－52 所示的实体图形，能够看出凸轮的外轮廓边界线是一条凸轮曲线，可通过“公式曲线”功能绘制，中间是一个键槽。此造型整体是一个柱状体，所以通过拉伸功能可以造型，然后利用圆角过渡功能过渡相关边即可。

图4-52　凸轮二维图

1.绘制草图

（1）单击新建图标，选择“制造”模块，新建一个文件。

（2）按F5键，在xOy 平面内绘图。选择公式曲线工具，弹出如图4－53 所示的对话框，选中“极坐标系”单选按钮，设置参数如图4－53 所示。

图4-53“公式曲线”对话框

（3）单击“确定”按钮，此时公式曲线图形跟随鼠标，定位曲线中心到原点如图4－54 所示。

图4-54　定位曲线到原点

（4）选择曲线生成栏中的直线工具，将其设置为“两点线”“连续”“非正交”，如图4－55 所示。将公式曲线的两个端点连接，如图4－55 所示。

图4-55　将公式曲线的两个端点连接

（5）选择曲线生成栏中的整圆工具，然后在原点处单击，按回车键，弹出输入半径文本框，设置半径为30，然后按回车键。画圆如图4－56 所示。

图4-56　画半径为30 的圆

（6）选择曲线生成栏中的直线工具，将其设置为“两点线”“连续”“正交”“长度方式”，并设置“长度”为12，按回车键，如图4－57 所示。

（7）选择原点，并在其右侧单击，长度为12 的直线显示在工作环境中，如图4－58 所示。

图4-57　直线参数设置

图4-58　长度为12 的直线

（8）选择几何变换栏中的平移工具，设置平移参数如图4－59 所示。选中之前绘制的直线，右击，选中的直线移动到指定的位置。

（9）选择曲线生成栏中的直线工具，将其设置为“两点线”“连续”“正交”“点方式”，如图4－60 所示。

图4-59　平移参数设置

图4-60　设置直线

（10）选择被移动的直线的一个端点，在圆的下方单击，然后右击确定，如图4－61 所示。

注意：直线要与圆相交。

（11）通过上步操作，在水平直线的另一个端点，画垂直线。如图4－62 所示。

图4-61　在图的下方右击

图4-62　画垂直线

（12）选择曲线裁剪工具，参数设置如图4－63 所示。单击想要裁剪的曲线，修剪草图如图4－64 所示。

图4-63“曲线裁剪”工具参数设置

图4-64　修剪草图

（13）选择显示全部工具，绘制的图形如图4－65 所示。

（14）选择曲线过渡工具，参数设置如图4－66 所示，单击如图4－67 所示鼠标处两侧的两条曲线，过渡如图4－67 所示。然后将圆弧过渡的半径值修改为15，如图4－68 所示，单击如图4－69 所示鼠标处两侧的两条曲线，过渡如图4－69 所示。

图4-65　显示全部

图4-66

图4-67

图4-68　圆弧过渡

（15）选择特征树中的“平面XY”选项，选择绘制草图工具，进入草图绘制状态，选择曲线投影工具，选择图4－69 所示绘制的图形，把图形投影到草图上。

（16）选择检查草图环是否闭合工具，检查草图是否闭合，如果不闭合，则继续修改；如果闭合，则将弹出如图4－70 所示的对话框。

图4-69

图4-70　草图不存在开口环

（17）再次选择绘制草图工具，退出草图绘制。

2.实体造型

（1）拉伸增料。选择特征模块下拉伸增料工具，在弹出的“拉伸”对话框中设置参数，如图4－71 所示。

图4-71　拉伸增料

（2）过渡。选择特征生成栏中的过渡工具，设置参数如图4－72 所示，选择造型上下两面上的16 条边如图4－72 所示，然后单击“确定”按钮。

图4-72　过渡

二、凸轮仿真加工(www.xing528.com)

加工思路：平面区域粗加工→平面轮廓精加工。

因为凸轮的整体形状就是一个轮廓，所以粗加工采用平面区域方式，精加工采用轮廓线加工；另外粗、精加工也可以都采用平面轮廓精加工方式。注意在加工之前应该将凸轮的公式曲线生成的样条轮廓转为圆弧，这样加工生成的代码可以走圆弧插补，从而使生成的代码最短，加工的效果最好。

1.加工前的准备工作

（1）设定加工刀具。

①打开特征树栏中的“轨迹管理”选项卡，双击“刀具库”选项，弹出如图4－73 所示的“刀具库管理”对话框。

图4-73“刀具库管理”对话框

②增加铣刀。单击“增加”按钮，在弹出的“增加铣刀”对话框中输入铣刀名称D20，增加一个加工需要的平刀，如图4－74 所示。

图4-74“刀具定义”对话框

一般都是以铣刀的直径和刀角半径来表示，刀具名称尽量和工厂中用刀的习惯一致。刀具名称一般表示形式为“D10，r3”，D 代表刀具直径，r 代表刀角半径。

③设定增加的铣刀的参数。如图4－75 所示，在“刀具定义”对话框中输入正确的数值，刀具类型为立铣刀，刀具直径D 为20，其中的刀刃长度和刃杆长度与仿真有关而与实际加工无关，刀具定义即可完成，如图4－75 所示。

（2）后置设置。

用户可以增加当前使用的机床，给出机床名，定义适合自己机床的后置格式。系统默认的格式为FANUC 系统的格式。

①选择“加工”→“后置处理”→“设备编辑”命令，弹出“选择后置配置文件”对话框，如图4－76 所示。

②选择机床设置。选择FANUC 机床文件。

③后置处理设置。打开“后置处理设置”选项卡，根据当前的机床，设置各参数，如图4－77所示。

2.设定加工范围

此例的加工范围直接拾取凸轮造型上的轮廓线即可，如图4－78 所示。

图4-75　设定增加的铣刀的参数

图4-76　选择后置配置文件

图4-77　后置处理设置

图4-78　设定加工范围

3.平面区域粗加工

选择“加工”→“二轴加工”→“平面区域粗加工”命令，弹出“平面区域粗加工”对话框。

（1）在“加工参数”选项卡中参考表4－1设置各选项参数。

表4-1　平面区域粗加工参数表

续表

（2）在状态栏提示“拾取轮廓”时，点选凸轮外轮廓线（外轮廓线为凸轮底部的轮廓线向外等距10 所得到的曲线），状态栏提示“确定链搜索方向”，选择任意箭头方向；当提示“拾取岛屿”时，点选凸轮的轮廓线并确定搜索方向，右键确认生成加工轨迹如图4－79 所示。

（3）当状态栏提示“拾取轮廓和加工方向”时，用鼠标拾取造型的外轮廓如图4－80 所示。选择箭头如图4－81 所示。

图4-79　生成加工轨迹

图4-80　拾取轮廓和加工方向

（4）右键确认，在工作环境中生成加工轨迹，如图4－82 所示。

图4-81　确定链搜索方向

图4-82　生成加工轨迹

4.平面轮廓精加工

（1）首先把粗加工的刀具轨迹隐藏掉。选择“加工”→“精加工”→“平面轮廓精加工”命令，弹出“平面轮廓精加工”对话框，在“加工参数”选项卡中参考表4－2 设置各项参数，然后单击“确定”按钮。

表4-2　平面轮廓精加工

（2）其他参数同粗加工的设置一样，查看平面轮廓精加工轨迹如图4－83 所示。

5.刀具轨迹仿真

（1）首先把隐藏掉的各种加工轨迹设为可见。

（2）选择“加工”→“轨迹仿真”命令。

（3）状态栏提示“拾取刀具轨迹”，拾取生成的粗加工和精加工轨迹，右击，轨迹仿真过程如图4－84 所示。

图4-83　查看平面轮廓精加工轨迹

图4-84　拾取刀具轨迹仿真过程

6.生成G 代码

（1）选择“加工”→“后置处理”→“生成G 代码”命令，弹出“选择后置文件”对话框。选择保存代码的路径并设置代码文件的名称，然后单击“保存”按钮，如图4－85 所示。

图4-85　保存NC 程序

（2）状态栏提示“拾取刀具轨迹”，选择以上生成的粗加工和精加工轨迹，右击，弹出记事本文件，内容为生成的G 代码，如图4－86 所示。

7.生成加工工艺清单

（1）选择“加工”→“工艺清单”命令，弹出“工艺清单”对话框，输入相关设计信息，如图4－87 所示。

（2）拾取加工轨迹，选中全部刀具轨迹，右击确认，立即生成加工工艺单。生成结果如图4－88 所示。

图4-86　内容为生成的G 代码的文本文件

图4-87“工艺清单”对话框

图4-88　生成工艺清单

至此，凸轮的造型、生成加工轨迹、加工轨迹仿真检查、生成G 代码程序，生成加工工艺单的工作已经全部做完，可以把加工工艺单和G 代码程序通过工厂的局域网送到车间去了。车间在加工之前还可以通过CAXA 制造工程师软件中的校核G 代码功能，再看一下加工代码的轨迹形状，做到加工之前心中有数。把工件打表找正，按加工工艺清单的要求找好工件零点，再按工序清单中的要求装好刀具找好刀具的z 轴零点，就可以开始加工了。