在加工盘形凸轮中CAXA制造工程师的应用

　　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

　　由及 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

　　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。