基于PowerMILL的汽车发动机等速圆柱凸轮曲面的数控加工.doc

基于PowerMILL的汽车发动机等速圆柱凸轮曲面的数控加工 本文探讨凸轮活塞式汽车发动机关键零件等速圆柱凸轮曲面轮廓的加工。CAM技术在数学模型的构建、加工工艺和方案的拟订、程序仿真，以及实件加工等环节的应用，显著提高了加工质量和效率。本文探讨凸轮活塞式汽车发动机关键零件等速圆柱凸轮曲面轮廓的加工。CAM技术在数学模型的构建、加工工艺和方案的拟订、程序仿真，以及实件加工等环节的应用，显著提高了加工质量和效率。凸轮活塞式汽车发动机是一种具有良好发展前景的新型内燃机，通过活塞-凸轮机构，可以把活塞的往复移动转化为凸轮的等速转动。其中，等速圆柱凸轮是凸轮活塞式汽车发动机的核心零件。长期以来，等速圆柱凸轮曲面轮廓的制造采用划线的方法，在毛坯上通过样板划线，然后进行找正加工。这种方法加工精度低，加工周期长，难以满足实用要求。随着数控技术的发展，尤其是自动编程技术的应用，复杂曲面的加工逐步得到解决。对于汽车发动机等速圆柱凸轮，笔者采用PowerMILL软件进行自动编程加工，取得了良好的效果。PowerMILL软件是英国DELCAM公司开发的一款独立的3D加工软件，它可以由输入的模型快速产生无过切的刀具路径，提供了从粗加工到精加工的全部选项，加工策略丰富，专业性强，自动化程度高，刀具轨逊计算速度快，对生成的加工轨迹可以进行仿真校验，确保自动编制程度准确无误。特别适合等速圆柱凸轮的曲面轮廓加工。1 等速圆柱凸轮曲线数学模型的建立图1所示为等速圆柱凸轮曲线，圆柱凸轮的主要技术参数要求推程和回程均为等速运动，为了减少刚性冲击和柔性冲击，过渡曲线采用正弦运动曲线，以适应高速轻载场合。圆柱凸轮最大外圆半径r为100mm，推杆升程为90mm。推程先为正弦运动曲线，过渡区间为03.6;然后进入等速运动阶段，等速区间为3.6176.4;接着再进入正弦运动盐线，过渡区间为176.4180。回程曲线规律则对称安排。图1 凸轮曲线按照外径将凸轮轮廓自与X轴正半轴交点位置逆时针展开，如图2所示。如果为展开角，t为展开度，则：t=/180。图2 凸轮轮廓外径展开示意依据图1和图2得到升程曲线方程为：过渡曲线方程为： 2 数控加工的工艺安排汽车发动机等速圆柱凸轮材料选用40Cr，毛坯尺寸为201mm，外圆直径为200mm，内孔直径为40mm，键槽均已完成加工，有关工艺安排为：1)3D模型的建立。用NX软件构建汽车发动机等速圆柱凸轮的3D模型，如图3所示。2)加工坐标系的确定。以毛坯下表面圆心为坐标系原点建立工件坐标系。3)数控加工工序的安排。加工工序一般可分为：局部粗加工预清角粗加工粗清角半精加工小刀粗清角精加工精清角。本例加工工序采用粗加工半精加工精加工。4)刀具的选择。按照适用、经济和安全的原则，对应不同加工工序，各选一把铣刀。粗加工选用直径为咖2smm键槽铣刀，半精加工选用直径为430mm球头铣刀，精加工选用直径为18mm的球头精铣刀。5)工件的定位与夹紧。由于研制阶段该件为单件小批生产，故以外圆柱表面和键槽侧面作为定位基准面，采用三爪卡盘自定心夹紧。绕Z轴旋转自由度，采用直接找正法测量键槽侧面。图3 用NX软件构建的等速圆柱凸轮3D模型3 不同加工工序中加工策略选择及参数设置3.1 粗加工工序粗加工主要任务是切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。加工精度要求不高，切削用量、切削力较大。加工策略使用最佳等高、三维偏置或平行加工方式。本例中粗加工采用最佳等高加工方式，粗加工参数设置如图4所示。图4 等速圆柱凸轮曲面轮廓粗加工参数2 数控加工的工艺安排汽车发动机等速圆柱凸轮材料选用40Cr，毛坯尺寸为201mm，外圆直径为200mm，内孔直径为40mm，键槽均已完成加工，有关工艺安排为：1)3D模型的建立。用NX软件构建汽车发动机等速圆柱凸轮的3D模型，如图3所示。2)加工坐标系的确定。以毛坯下表面圆心为坐标系原点建立工件坐标系。3)数控加工工序的安排。加工工序一般可分为：局部粗加工预清角粗加工粗清角半精加工小刀粗清角精加工精清角。本例加工工序采用粗加工半精加工精加工。4)刀具的选择。按照适用、经济和安全的原则，对应不同加工工序，各选一把铣刀。粗加工选用直径为咖2smm键槽铣刀，半精加工选用直径为430mm球头铣刀，精加工选用直径为18mm的球头精铣刀。5)工件的定位与夹紧。由于研制阶段该件为单件小批生产，故以外圆柱表面和键槽侧面作为定位基准面，采用三爪卡盘自定心夹紧。绕Z轴旋转自由度，采用直接找正法测量键槽侧面。3 不同加工工序中加工策略选择及参数设置3.1 粗加工工序粗加工主要任务是切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。加工精度要求不高，切削用量、切削力较大。加工策略使用最佳等高、三维偏置或平行加工方式。本例中粗加工采用最佳等高加工方式，粗加工参数设置如图4所示。5 加工程序的生成产生完一系列刀具路径，检查确定无误之后，需要将这些刀具路径按其在CNC机床中的加工顺序排列，然后通过PowerMILL提供的后处理模块经自动处理后即可快速地产生机床NC代码文件。精加工程序清单如下：6 结语对复杂曲面的数控加工，PowerMILL提供了丰富的加工策略，具有计算速度快，绝对安全的防护措施，强大的后编辑功能，是一款非常适合复杂曲面制造的CAM软件。在应用CAD/CAM软件过程中，优化的数学模型将大大简化加工程序，并且可以实现精确加工。合理的加工方案和