0引言

凸轮机构常用于轻载、低速自动或半自动机构的控制。其中盘形凸轮应用较广,其加工方法有划线加工、靠模加工和数控加工。由于凸轮轮廓曲线较复杂,采用前两者加工方法不但费时费力,且精度低。而采用数控加工可获得很高的加工精度。如果其轮廓曲线是由直线和圆弧组成的,可由手工编程解决。但是由其他非直线和圆弧组成其轮廓曲线时,数控系统又不具备该曲线插补功能,用手工编程无法解决,就必须利用CAD/CAM软件进行自动编程才能解决。CAXA制造工程师是一套由中国北京北航海尔软件公司研制开发的基于Windows原创风格、功能强大、易学易用、全中文界面的计算机辅助设计与制造软件。本文主要介绍CAXA制造工程师在加工盘形凸轮中的应用。

1 盘形凸轮的加工

举例:加工一盘形凸轮,基圆D=50 mm。升程25 mm。使从动件运动规律如下:

0~90°,从动件静止不动(下止点)。

90~180°,从动件匀加速向上。到达上止点。

180~270°,从动件静止不动(上止点)。

270~215°,从动件匀加速向下。行程为升程的一半(12.5 mm)。

215~360°,从动件匀减速向下。行程为升程的一半(12.5 mm)。

1.1做出此零件的实体模型

利用CAD/CAM软件编程,首先必须做出零件的轮廓曲线,才能生成实体模型。使用CAXA制造工程师中的公式曲线绘制凸轮的轮廓显得方便快捷,任何复杂的曲线,只要确定了其函数式并选择正确的取值范围后。即可轻松获得所需图线。

从动件运动分析:

由上述要求可知,该凸轮的轮廓曲线是由5条曲线段组成。令:凸轮旋转时的角速度,则周期。即每转过90°所需时间为1 s。

(1)0-90°

V=0。a=0,凸轮曲线为一圆弧(基圆),r=25 mm。

(2)90-180°

V>0.a=0,凸轮曲线为一阿基米德螺线。在此区间从动件从下止点到上止点,其行程s=50-25=25 mm,所用时间t=l S.故从动件在此区间的速度

已知阿基米德螺线的方程为

画此曲线时。应选用极坐标系,输入方程

 

起始值为;  终止值为

(3)180-270°

V=0,a=0,凸轮曲线为一圆弧,R=50 mm。

(4)270-215°

V=0,a>0,凸轮曲线为一抛物线。

此时从动件从上止点开始下移,该段行程s=12.5 mm。所用时间t=0.5 s。

 

又由,可得 

于是距凸轮回转中心距离

 

画此段曲线时,输入方程

 

起始值为0;

终止值为 

曲线生成后。还需旋转-90°即可完成与上段曲线的连接。

(5)215-360°

V=0,a<0,凸轮曲线为一抛物线。

此时从动件已从上止点下移了12.5 mm,离下止点距离(即行程)还有12.5 mm,离凸轮回转中心距离为37.5 mm。

已知:行程s=12.5 mm,时间t=0.5 s,初速度即为上一段的末速度, ,此段的加速度 

及 可得从动件下移的距离

 

则从动件离凸轮回转中心距离

 

画此段曲线时,输入方程

 

起始值为0:

终止值为 

曲线生成后,还需旋转-45°,即可完成与上段曲线的拼接。如图l所示。

 图1 盘形凸轮曲线

图1 盘形凸轮曲线

需要注意的是画盘形凸轮曲线时,要选用极坐标系。变量t的取值在0~2π,不能取负值。曲线方程确定后,起始值和终止值的选择则显得尤为关键,若选择不当,则曲线的位置和大小将出现偏差。

轮廓曲线生成后,考虑到加工时使用φ20立铣刀及使从动件运动平稳,在各曲线连接处用R10的圆弧过渡,使曲线更加平滑。使用曲线组合功能把各段曲线进行组合,使凸轮轮廓成为一条完整的曲线。

使用移动拷贝功能画凸轮上表面曲线(令凸轮厚度为20),利用直纹面和平面功能生成凸轮实体。

选择下表面轮廓线,使用等距线功能画凸轮曲线加工时φ20立铣刀的切削路径(偏移距离为10 mm),以此作为“曲线路径”。

1.2由实体模型定义毛坯大小

单击加工管理按钮。在“加工管理树”中,双击毛坯图标,弹出“定义毛坯”对话框,选取参照模型方式。单击参照模型按钮,系统自动计算模型的大小。以此作为毛坯。

1.3创建工件坐标系

在凸轮上表面中心创建加工坐标系。

1.4选择加工方式,确定加工参数

单击轮廓线精加工按钮,弹出对话框。填写各参数表中的参数。

1.5生成加工轨迹

填写完参数表后,单击确定。拾取“曲线路径”和加工方向。右键确定。系统生成加工轨迹。

1.6生成加工程序

在加工菜单栏中选择后置处理,在后置设置中选取加工机床,然后生成G代码,获得加工程序。

2结语

利用CAD/CAM软件自动编程,关键是绘制出工件的轮廓曲线。本文重点阐述了如何利用CAXA制造工程师绘制盘形凸轮曲线及加工生成G代码数控加工程序。CAXA制造工程师作为国产CAD/CAM软件,以其人性化的界面和便捷的操作。被众多的工程技术人员和教育工作者所青睐。随着其功能的不断完善,将在教学和应用中占据更加重要的位置。