基于Pro_ENGINEER的空间弧面分度凸轮3D建模与数控加工仿真.pdf

第31卷第2期2009-02【63】基于Pro/ENGINEER的空间弧面分度凸轮3D建模与数控加工仿真ThethreedimensionalsolidmodelingandNCmachiningsimulationofroller-gearindexingcambasedonPro/ENGINEER常治斌，龚青山，何小龙CHANGZhi-bin,GONGQing-shan,HEXiao-long（湖北汽车工业学院，十堰442002）摘要：通过对空间弧面分度凸轮轮廓曲面的研究，完成了基于Pro/ENGINEER的空间弧面分度凸轮3D实体建模，并在Pro/ENC环境下对弧面分度凸轮进行了数控加工仿真。关键词：空间弧面分度凸轮；3D实体建模；数控加工仿真中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-0134(2009)02-0063-05收稿日期：2008-10-30基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（B20082301）作者简介：常治斌（1950），男，湖北十堰人，教授，主要从事先进制造工艺与装备技术方面的教学与研究。0引言空间弧面凸轮机构的凸轮轮廓复杂，在加工以前，很难构想出它的形状以及在加工过程中会出现的各种各样的问题。如果能够在设计完成后、加工前，在计算机上将空间弧面凸轮的三维实体直观地绘制出来，并进行加工仿真，便能及时地发现由于设计中因考虑不周导致的薄脊、压力角过大、曲率发生干涉、加工时产生根切等问题。1弧面分度凸轮三维实体建模1.1弧面分度凸轮主要参数凸轮主要参数：凸轮转速n=300r/min，连续旋转，从动转盘有8工位，中心距C=180mm。1.2弧面分度凸轮工作轮廓设计及计算设计计算步骤：1）选取坐标系:均用右手直角坐标系，如图1所示(1)与基架相连的定坐标系O0x0y0z0(2)与基架相连的辅助定坐标系O0x0y0z0(3)与凸轮相连的动坐标系O1x1y1z1(4)与转盘相连的动坐标系O2x2y2z22）转盘滚子圆柱面在动坐标系O2x2y2z2中的方程式。如图1所示，T向：x2=r，y2=Rrcosy，z2=Rrsiny，式中：r、y为滚子圆柱形工作面的方程参数。图1弧面凸轮坐标系3）凸轮与滚子的共轭接触方程式。如图1所示，T向:式中，f为滚子的位置角，即O2x2与O0x0间夹角，由O0x0量起，逆时针方向为正，p为凸轮旋向系数，当凸轮的分度期轮廓线为左旋时，p=+1，右旋时，p=-14）凸轮工作的轮廓在动坐标系中的方程式，如图1所示，P向：x1=x2cosfcosq-py2sinfsinq-z2sinq-Ccosqy1=-x2cosfsinq+py2sinfsinq-z2cosq+Ccosqz1=py2sinf+y2cosf1.3Pro/E三维实体建模建模思想：以q为参数，将r取一系列的值如【64】第31卷第2期2009-02r=72，76，80，102等，利用“从方程”的方式，作出一系列廓面曲线，再将这些曲线连成曲面，最后生成实体。1.3.1建立1L轮廓面的曲线1）建立第一段（01/8T）轮廓面曲线（1）打开Pro/EWildfire3.0三维绘图软件,单击“”图标，再选取【零件】【实体】，建立文件。（2）单击“”，然后单击【从方程】，单击【完成】，此时弹出【菜单管理器】，并提示选取坐标，单击“”，再在【菜单管理器】中选取【笛卡尔】，然后在弹出的记事本中输入绘图程序（程序略）。单击【文件】【保存】，关闭记事本窗口，单击【确定】。作出第一条推程段轮廓面曲线图。重复以上步骤，并依次将程序段（4）中的的值变为76、80、84、88、92、96、100、102创建另外8条推程段轮廓面曲线（本文取r=4mm，一共建立9条曲线)。2）建立第二段（1/87/8T）轮廓面曲线建立方法和步骤与（1）相同。所输入的程序和程序1基本相同，只需改动其中的第（6）、（8）和第（10）句。具体按如下程序段代替程序一中相应的程序段：如图2所示。图21L轮廓面的曲线第二段G=1/8+6/8*ti=45/(pi+4)*(2+pi*G-9/4*sin(180+4*180*G)/3)n=3*pi/(8*(pi+4)*(1-3*cos(180+4*180*G)/3)3）建立第三段（7/81T）轮廓面曲线方法和步骤不变，将程序1中的（6）、（8）和（10）三段用以下两段代替：如图3所示。G=7/8+1/8*ti=45/(pi+4)*(4+pi*Gsin(4*180*G)/4)n=3*pi/(8*(pi+4)*(1-cos(4*180*G)图31L轮廓面的曲线第三段至此，1L廓面曲线建立结束。1.3.2建立2L轮廓面曲线2L轮廓面曲线的建立与1L轮廓面曲线的建立基本一致，其方程在“第一段”，“第二段”，“第三段”各段也基本相同，只是将各个程序中的第（8）句改为0=22.5。1.3.3建立2R轮廓面曲线2R轮廓面曲线的建立与2L轮廓面曲线的建立基本一致,其方程在“第一段”，“第二段”，“第三段”各段也基本相同，只是将各个程序中的第（11）句改为=atan(p*r/(c-r*cos()*n)。1.3.4建立3R轮廓面曲线3R轮廓面曲线的建立与2R轮廓面曲线的建立基本一致，其方程在“第一段”，“第二段”，“第三段”各段也基本相同，只是将各个程序中的第（8）句改为0=67.5。至此，1L，2L，2R，3R各轮廓面曲线建立完成。1.3.5建立转盘停歇期凸轮轮廓面曲线（1）建立左轮廓面曲线建立方法和步骤与上述相同，在记事本中输入程序。同样依次将程序中r的值改为76、80、84、88、第31卷第2期2009-02【65】92、96、100、102创建另外8条图轮廓面曲线。（2）建立右轮廓面曲线建立的方法和步骤与左轮廓面曲线的建立方法相同，将程序段中的=-22.5和=atan(p*r/(c-r*cos()*n)改成=22.5和=atan(p*r/(c-r*cos()*n)+180即可。至此，转盘停歇期凸轮轮廓面曲线建立完成，同时凸轮的轮廓面曲线全部建立完成，如图4所示。图4轮廓面曲线1.3.6建立凸轮曲面实体（1）将已经形成的各组曲线分别建立成曲面例如将1L轮廓面上的曲线混合为一个曲面。具体方法为：在“基础特征”工具栏中点选“”命令，分别依次选取1L中的各条曲线，选取是应按住“Ctrl”键，选取完成后，点击鼠标中键，完成1L轮廓曲面的建立。其余曲面按上述方法依次建立，如图5所示。（2）合并各个曲面合并各个曲面的意义就是将已经形成的各个单独曲面合并成一个曲面（在合并前为了方便选取，最好将已经形成的各条曲线隐藏。具体方法为：在窗口左侧点击【显示】【层树】，然后用鼠标右键单击【03_PART_ALL_CURVES】【隐藏】即可）。按鼠标左键选取一个曲面，按住“Ctrl”键，单击与所选取曲面相邻的一个曲面后，单击“”命令，单击鼠标中键，再选取与已经合并完的曲面相邻的另一个曲面，再一次单击“”命令，单击鼠标中键，依此类推，将所生成的曲面合并。（3）将合并完成后的曲面实体化在模型树中选取最后一个合并特征后，单击“”命令，然后单击鼠标中键，实体化特征完成，如图6所示。图5轮廓曲面图6轮廓实体1.3.7完成其余特征建立工作通过以上的特征建立工作，弧面分度凸轮的轮廓面已经建立完成，剩下的工作是作凸轮体以及整形。这些工作只需要草绘、旋转以及倒圆角等简单的命令，在此不再赘述。所建立的最终模型，如图7和图所示。图7分度期曲面段图8转盘停歇期曲面段至此，弧面分度凸轮的三维实体造型全部完成。2数控加工仿真2.1新建制造文件（1）在【文件】主菜单中选取【新建】选项打开【新建】对话框，在【类型】列表框中选择【制造】选项，在【子类型】列表框中选择【NC组件】选项，在【名称】文本框中输入JIAGONGFANGZHEN。（2）取消选中【使用缺省模块】复选项，并在【新文件】对话框中选择【mmns_mfg_nc】选项。2.2设置制造模式（1）在【制造】菜单中选择【制造模型】选项打开【制造模型】菜单，选择其中的【装配】选项打开【制造模型类型】菜单，选择【参照模型】选项，系统弹出【打开】对话框，使用浏览方式打开之前保存在Pro/E工作目录中的凸轮三维模型。（2）单击“”对话框，单击“”按钮，【66】第31卷第2期2009-02完成参考模型的放置。（3）在【制造模型】菜单中选择【创建】选项打开【制造模型类型】菜单，选择【工件】选项，在提示栏中输入需要创建的工件名workpiece后回车。系统弹出【特征类】菜单。（4）在【特征类】菜单中选择【实体】/【加材料】选项，体统弹出【实体选项】菜单，选择其中的【拉伸】、【实体】和【完成】选项。（5）在图标板中单击“”按钮打开参照平面，再单击其中的“”按钮打开【草绘】对话框，选择NC_ASM_FRONT草绘平面，选择参照面，绘制工件二维图，然后拉伸，完成工件的绘制。2.3制造设置（1）在【制造模型】菜单中选择【完成/返回】选项，然后在【制造】菜单中选择【制造设置】选项。此时系统弹出【操作设置】对话框。（2）机床设置。单击【操作设置】对话框中的“”按钮，弹出【机床设置】对话框，在【机床类型】复选框中选择铣削，【轴数】复选框中选择5轴，完成后单击“”按钮。（3）加工零点设置。在【操作设置】对话框中的【参照】分组框中单击“”按钮，然后在弹出的【制造坐标系】菜单中选择凸轮三维实体坐标零点。（4）退刀面设置。在【操作设置】对话框的【退刀】分组框中单击“”按钮打开【退刀选取】对话框，然后在【退刀曲面选项】中选则【圆柱】，然后在【退刀圆柱面】的【设置圆柱面】选项中选择【缺省】【Y轴为圆柱轴】，在【指定圆柱半径】选项中选择【圆柱半径】，然后在文本框中输入半径值。（5）在【操作设置】对话框的【退刀】分组框中的【公差】文本框后输入加工公差0.001mm，然后点击“”按钮，最后在【制造设置】菜单中选择【完成/返回】选项。2.4加工方法设置（1）在【制造】菜单中选择【加工】选项打开【加工】菜单，选择【NC序列】选项，在【辅助加工】菜单中选择【加工】、【曲面铣削】、【5轴】和【完成】选项。（2）在打开的【序列设置】菜单中选中【刀具】、【参数】、【曲面】和【定义切割】复选项，完成后选择【完成】选项。（3）随后系统又弹出【刀具设定】对话框，设置刀具的材料为高速钢（HSS），并对刀具的几何尺寸进行设置，完成后单击“”和“”按钮，完成刀具设置。（4）在【制造参数】菜单中选择【设置】选项，在打开的【参数树】对话框中设置加工参数。完成后在【制造参数】菜单中选择【保存】选项，随后在弹出的【保存副本】对话框中单击“”按钮保存加工参数设置。（5）在【制造参数】菜单中选择【完成】选项，在弹出的【曲面拾取】菜单中选择【模型】和【完成】选项。（6）在弹出的【选取曲面】菜单中选择【增加】选项，然后在工作区中选取所要加工的曲面。（7）在【选取曲面】菜单中选取【完成/返回】选项打开【切削定义】对话框，选择【自曲面等值线】复选框。（8）在【曲面列表】列表框中依次选中曲面标示，然后单击“”按