FeatureCAM软件在凸轮设计与加工中的应用

　　文章通过对双螺旋线高速传动凸轮的设计与制造过程介绍了FeatureCAM软件的应用，借此来与广大读者分享加工经验和解决方案。

　　经纬纺织机械股份有限公司是世界知名的纺机制造商，1996年同时在香港联合交易所和深圳证券交易所上市，是一个跨地域经营、惟一拥有棉纺织成套设备研发、生产能力的集科、工、贸多种经营为一体的企业集团。FeatureCAM是世界最大的CAM软件公司英国Delcam公司旗下著名的特征自动识别CAM系统，是基于特征、基于知识、第一个使用自动特征识别AFR技术的全功能CAM软件，同时具有强大的交互式特征识别IFR功能，支持2～5 轴加工中心、车铣复合加工、车削加工及线切割编程。

　　纺织机械中有一种机械叫高速气流纺，引入的是德国现代技术。其中有一关键零件是传动凸轮。高速气流纺的传动凸轮类型采用了双螺旋线，而我公司之前一直采用单螺旋线凸轮，国内又没有加工经验可供参考。更重要的是，由于该凸轮的工作速度高达8000r/min，对传动的准确性、可靠性和噪音的要求都非常高。可以说，能否攻克该凸轮的加工难关，是整个技术引进的关键环节。

　　传统的加工方法是使用笛卡尔坐标进行点对点计算，数据密集工作量大，且容易出错;曲线曲面不光滑、容积误差较大，制造周期长。我们尝试用FeatureCAM编程，利用公司现有设备，克服传统制造的缺陷，制造出精确的高速凸轮。从而使CAD/CAM技术真正应用到凸轮设计和制造中，既提高了凸轮设计的效率和加工精度，又缩短了制造周期。特别是在设计和制造形状结构复杂化零件或曲面或模具时，CAD/CAM技术更显示其它软件无法比拟的强大功能和效率。

　　高速气流纺传动凸轮设计、建模、编程思路：

　　◎分析凸轮的加工工艺----需要构建凸轮曲线;

　　◎凸轮工件材料----圆柱凸轮材料为QT550耐磨耐高温铸铁;

　　◎使用设备：必须有四轴功能四联动加工中心的设备。刀具选用杆铣刀(平头端铣刀);

　　◎创建凸轮曲线---采用FeatureCAM软件自带的凸轮曲线构造功能智能化创建凸轮的关键曲线;

　　◎使用FeatureCAM四轴加工模块进行沿凸轮曲线自动生成铣槽加工刀具路径;

　　◎使用FeatureCAM机床仿真模块仿真加工路径，进行验证;

　　◎在四联动加工中心加工凸轮。

　　在设计凸轮曲线时考虑到凸轮是高速运动去带动高速引纱及纺纱，其凸轮的曲线要求特别光滑才能达到高速的效果。因此在设计的结构上点与拐点之间，加速上升时的轨迹必须保证凹槽光洁畅通。

　　一、生成凸轮曲线步骤

　　建立缠绕曲线，选择Y轴缠绕，设计完工的曲线，如图1、图2所示。

图1

图2

　　二、生成刀具路径步骤

　　加工时要选项为CW方向，也就是顺时针去加工，曲线拐点为每0.25°匀速度上升至180°;然后返回起始原点。第二条平移中心Y轴-40mm继续加工，分出粗加工和精加工，控制拐点尺寸精度和倒曲线边角。如图3所示。

　　选择刀具Φ20杆铣刀进行粗加工，FeatureCAM自动计算出精加工留出的余量，主轴转速1800r/min;进刀采用螺旋下刀方式，速度为100mm/min，而进入正常加工时进给速度为150～200mm/min。

　　在选择刀具Φ20杆铣刀进行精加工，FertureCAM软件附带功率负载表可以参考。主轴转速2000r/min，进刀采用螺旋下刀方式速度为200mm/min，而进入正常加工时进给速度200～250mm/min。

　　使用四轴联动加工中心，操纵系统为西门子840C ，NC主格式为MPF格式;计算机进行模拟仿真加工，计算出实际的加工工时，修改不必要的多余加工路径。如图4所示。

图3

图4

　　三、刀具路径动态三维实体切削仿真结果

　　刀具路径动态三维实体切削仿真结果如图5所示。

图5

　　四、在FeatureCAM中把刀具路径进行机床模拟仿真验证

　　在数控加工过程中为了验证程序的正确性，过去多采用木模或塑料模进行试切加工，此种方法效率低又浪费材料。用数控仿真方法来检验是近几年发展起来的新技术，它具有降低制造成本、缩短设计制造周期、快速直观、省时省力的优点，它使操作者通过图形显示预先检测误差，进行刀具的干涉和碰撞检查。如图6所示。

图6

　　验证通过后即可快速生成机床G代码，如图7所示。

图7

　　四、结束语

　　应用CAD/CAM技术对圆柱凸轮进行制造设计与数控加工自动编程，大大提高了设计效率与凸轮的精度，克服了传统方法、人为因素浪费人力、物力、财力且要多次修改等缺点所带来的风险，缩短了设计制造的周期，提高了凸轮的质量。

　　随着科技的进步时代的发展，自动编程将逐步取代繁琐的手工编程。自动编程准确率高，效率高，也是未来机械加工追求的方向。