10、异形旋盖装配件的三维建模及基座零件的数控加工.doc

异形旋盖装配件的三维建模及基座零件的数控加工汪昌浩, 姜海 (合肥学院机械工程系，合肥，230022)摘要 运用UG软件对异形旋盖基座零件进行三维建模造型，再和其它组件形成实体虚拟装配后，导入ADAMS软件中进行运动仿真动作，观察并测量部件间的运动，表明基座满足设计要求。分析基座零件的加工工艺性，通过多方案讨论制定出合理的工艺规程，其中曲面的加工需采用四轴加工中心并应用宏程序编程。采用手动编程完成车削加工，并结合UG数控编程模块对零件槽体铣削部位进行自动编程，最后得到每一工序的G代码程序，再在数控加工仿真系统中进行仿真加工与调试。针对于四侧面加工的这道工序，设计了专用的分度夹具。关键词 三维造型；装配；运动仿真；加工工艺；自动编程；宏程序；夹具设计1 引言世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平及对动态多变的市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为各发达国家加速经济发展，提高综合国力的重要途径。数控技术也是关系我国制造业的发展。针对该异形旋盖装配件已给出的一个初步的设计图样，设计任务如下：、要求首先对设计图样进行审核检查，找出其中技术要求中可能存在的错误及不合理处，并进行修改；、通过三维建模及运动仿真，校核装配件的运动关系，查看是否满足原设计中拟提供的多种装配形式；、在此基础上再确定零件的加工工艺并编写数控程序。 2 二维图分析与三维造型、装配设计2.1 二维零件图分析图1 基座零件图修正该零件是一个车铣复合零件，其轮廓主要是由外圆柱面、平面、斜面、球面、底部两处凹型槽、侧边上的孔槽和凹型槽及顶部的曲面等组合而成。公差及技术要求基本齐全 ，尺寸精度最高要求为7级，其余为810级；形位公差方面侧边两32孔同轴度为0.08；表面粗糙度最高为Ra1.6，其余为Ra3.2。通过分析，可确定原设计图样基本正确，但还有几点不合理之处：1、图中标记、的地方，原图中该两处投影皆多余一条线段；2、图中标记的地方缺少一个尺寸；3、图中标记的地方，原图中要求中心孔26H7的粗糙度为Ra3.2,该尺寸公差等级与粗糙度要求不相适应，同时考虑该基座中心孔需和心轴（另一组件）进行配合，其中心孔的粗糙度改为Ra1.6为宜。2.2 三维造型与装配设计利用拉伸实体、布尔运算、圆台、凸垫、拔模、腔体等功能绘制基座大致轮廓，运用UG“规律曲线”可绘制出曲面的内外曲线，生成直纹面，裁剪后得基座模型（见图2）。最后与其它部件配对形成异形旋盖装配件的两种装配图，见图3。内外曲线表达式方程如下：内部曲线表达式：t=1，xt=25*sin(360*t)，yt=25*cos(360*t)，zt=5*cos(3*360*t)；外部曲线表达式：l=1，xl=50*sin(360*l)，yl=50*cos(360*l)，zl=5*cos(3*360*l)。图2 基座建模过程图3 零部件与两种装配形式图3 装配件在ADAMS中的运动仿真将模型导入Adams软件设定重力方向、定义约束后再进行运动仿真（见图4），然后以旋钮与心轴间的移动副作为参照，测量其位移曲线图（见图5），由图3-6可以知道位移曲线在设定的时间内（即旋钮转过180度），一共运动了一个半周期，其位移曲线为正弦曲线，幅值近似为10mm，与图纸要求的很一致，故通过运动仿真检测出曲面精度还是比较高的。 图4 运动仿真图 图5 旋钮位移曲线图由装配件的运动仿真看出：该装配件可以满足原图纸中要求的运动关系，即本体旋转180度后，滑销能正常滑入基座销孔，对本体止转；各零件之间没有干涉；同时也能满足原设计中提出的两种装配形式要求。4 工艺分析与数控加工4.1 总体工艺方案、用数控车削完成主要回转体内外表面的加工，再用数控铣床加工零件的其它表面（取曲面外），曲面在四轴加工中心上加工；、加工设备：普通数控车床(CKA6140)、数控铣床（XK714G)、四轴加工中心(XH715D)；、夹具：三爪卡盘、专用夹具；、数控编程：手工编程结合自动编程 ，曲面加工采用宏程序；、刀具：除普通内外圆车刀、钻头、立铣刀外，还要用到球头铣刀、成形铣刀、铰刀等。4.2 加工难点解决方案1、顶部空间曲面可在三轴数控铣床中通过自动编程来实现，加工的精度及表面粗糙度基本上可以满足要求，但采用这种球头刀“行切法”加工效率不高；若选择四轴加工中心，因其带有回转主轴，使得刀具的运动和工件的回转同时联动，不但加工效率高，加工精度也会进一步的提高；2、侧边斜面带有10倾斜角，选用成形铣刀加工对四侧面的斜面进行铣削；3、凹型槽与孔槽的加工，对于手工编程来说计算刀轨的位置难度很大，这里选用自动编程来解决这些槽体部位加工的编程；4、为保证侧边上两32的孔槽的同轴度要求，这里采用一次装夹中分度来加工这一对孔槽，依靠夹具的定位精度来保证两孔的同轴度；5、3-8Ra1.6的孔加工，需采用钻、精铰的方式来满足；6、选择毛坯零件的125的外圆面为粗基准；、精基准的选择。主要考虑基准重合的问题。在此零件的加工过程中选用26中心孔、底部端面及底部8的孔作为精基准，采用一面两销定位的方式；7、工艺路线方案工序：粗车圆柱毛坯一端面，粗车、精车84外圆面；工序：粗车、精车毛坯另一端面，粗车、精车120的外圆，钻-车刀镗-扩-粗铰-精铰26H7的孔；工序：粗铣、精铣基座底部大端面内的64x90mm和15x50mm的型槽，钻-精铰底部8的孔；工序：粗铣、精铣四侧平面，粗铣、精铣四侧面的32的孔槽和19x40mm的型槽，钻-精铰侧边8的通孔（分两次在两侧分别进行加工）；工序：精铣上平面，钻-精铰上端面上8的孔，铣球面SR3，粗铣、精铣60与80间的圆环孔，粗铣、精铣四侧的斜面；工序：粗铣、精铣曲面。4.3 切削用量计算及手工编程切削用量计算及手工编程此处略，详见设计说明书。4.4 自动编程以基座底部凹型槽（见图7）为例，因此部位不易采用手工编程，故采用自动编程来完成对基座底部凹型槽的编写。选择“平面铣”的加工方式、12的刀具及“跟随周边”的切削方式后设置好非切削参数（如螺旋进刀等），生成的刀轨见图8。进入3D切削（见图9），观察刀路是否按要求切削工件，确认刀路正确。选择编辑完成后的程式，点击【后处理】，选择合适的后置处理器，生成数控程序，见图10。图7 加工部位 图8 刀轨图 图9 虚拟切削 图10 生成NC程序4.5仿真加工对于曲面的加工，根据不同工厂的生产条件，可以采用三轴铣床或加工中心，也可以考虑采用四轴加工中心。此处结合现有实验条件，采用宇龙数控加工仿真系统对曲面的三轴铣削加工进行仿真，通过该系统可对UG-CAM中生成的NC代码进行调试运行，检查加工效果。第一步：选择机床和刀具；（机床选择汉川机床厂XH715D，刀具为球头刀10）；第二步：导入零件毛坯（圆环体），然后对刀；将对刀后的数据记录下后设置好G54，导入NC程序；第三步：在“自动模式”下对程序进行“循环启动”。图11为加工后的工件。图11 加工后的工件图4.6 重要工序夹具设计此次夹具的设计是针对于基座四边侧面不易加工（工序4），须将这四个面在一次加工而设计的，以提高劳动生产率，而且侧边两32孔有同轴度要求，需依靠夹具在一次装夹中保证。它主要用来加工异形旋盖装配件基座上的四侧面上平面和侧面上的凹槽和孔，采用90一分度来实现每个面的加工。见图12与图13。 图12 分度夹具图 图13 夹具爆炸图5 结束语(1)考虑到现有的企业的生产实际情况，基座顶部曲面也可能采用三轴铣床，此时应用自动编程时，曲面加工的精加工与曲面造型的精度密切相关，因此，应选择最合适的曲面造型方法。(2)数控机床加工两个最重要的环节是：工件装夹：包括工艺方案与夹具设计两个方面，工艺方案是加工的灵魂，对一般工件工艺方案的重点在于提高效率，降低成本；而对于复杂零件，工艺方案的好坏直接关系到加工的成败，对技术人员也可有极大发挥想象的空间。程序编制：体现了技术人员对程序结构、数控系统性能、编程格式的灵活掌握程度，数控程序应该能做到结构清晰、语句简单、运行正确、节约时间。若掌握一些特殊功能指令，如固定循环、宏程序编程等，不但能完成复杂零件的加工，还能使编程简单化。参考文献1 东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册. 第2版.上海：上海科学技术出版社,1988. 2 肖继德主编.机床夹具设计.第2版.北京:机械工业出版社，1995.3 艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.第3版.北京：机械工业出版社，2002.4 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，1993.5 孟宪栋，刘彤安主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，1999.6 赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.第2版.北京：机械工业出版社，2000.7 杨叔子主编.机械加工工艺师手册.第2版.北京:机械工业出版社，2010.8 FANUC数控加工仿真系统使用手册.9 王先逵主编.机械制造工艺学.第2版.北京：机械工业出版社，2006.10 王爱玲主编.现代数控编程及应用.北京：国防工业出版社，2002.11 徐宏海主编.数控加工工艺.北京：化学工业出版社，2003.12 甘永立主编.几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社，2008.13 陈蔚芳，王宏涛主编.机床数控技术