基于MasterCAM X6的圆柱凸轮的建模与数控仿真

图1
圆柱凸轮的模型尺寸
图2
圆柱凸轮槽在 100 圆柱面上的展开图
1. 2
工艺方案
根据圆柱凸轮的加工要求， 其加工工艺方案规 划如表 1 所示。
表1
工序号 10 20
圆柱凸轮的加工工艺方案
加工方式 机床 刀具 夹具
加工内容 下料 110 × 120 车内外圆及长度至 尺寸 将专用心轴固定到 卧式加工中心数控 转盘上， 再将工件装 到心轴上
车削
卧式 车床 卧式加 工中心 中心钻 5 钻头 9 立铣刀 8 立铣刀 9 立铣刀 9. 8 立铣刀 10 专用 心轴
30
30. 01 点钻入刀孔 30. 02 钻入刀孔 30. 03 用 8 的立铣刀开槽 用 9 的 立 铣 刀 粗 30. 04 铣， 两边各留余量 0. 5 用 9. 8 的立铣刀半 30. 05 精加工， 两边各留余 量 0. 1 30. 06 用 10 的 立 铣 刀 进 行精加工
图5 图4 凸轮槽中心轨迹在 100 圆柱面上的展开曲线
圆柱凸轮槽的刀具路径轨迹
3． 3
加工仿真
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圆柱凸轮的数控加工仿真
刀具、 工件材料的设定
选择主菜单栏中“机 床 类 型 ” →“铣 削 ” →“默 “刀具路径” “刀具 认” 命令， 建立铣削加工组； 选择 → 管理器” 命令， 显示“刀具管理器 ” 对话框， 按工艺方 案表 1 设置刀具； 选择“刀具路径 ” →“材料管理器 ” ， “ STEEL mm—303 STAIN菜单命令 选择工件材料为 LESS” 。 3． 2 刀具路径轨迹规划 在本文中重点研究在 Mastercam X6 中如何创建 圆柱凸轮槽加工工序 30. 01 ～ 30. 06 的刀具路径轨迹 规划。 （ 1 ） 工序 30. 01 运用钻孔操作即可创建点钻入 刀孔的刀位轨迹， 选择主菜单栏中的“刀具路径 ” → “钻孔” 命令， 选择 5mm 中心钻； 在 “旋转轴控制 ” ， 、 “替换 X 轴 ” 选项中 分别选中“替换轴” 和“顺时 “旋转轴的直径” 针” 单选钮， 在 文本框中输入 100mm （ 即在 100mm 圆柱上包覆） ； 在 “共同参数” 选项中， 设置工件表面为 0mm， 深度为 5. 5mm。 （ 2 ） 工序 30. 02 通过复制工序 30. 01 点孔的操 作来创建钻入刀孔的刀位轨迹， 设置刀具为 9mm ， “共同参数 ” 钻头 选项设定工件表面为： 2mm， 加工 深度为： － 10mm 等相关选项。 （ 3 ） 工序 30. 03 运用轮廓铣削加工操作， 来创建 凸轮槽粗加工的刀位轨迹， 选择主菜单栏中的“刀具 路径” 命令； 刀具选择 8 平底刀， 在 →“外形铣削 ” “旋转轴控制 ” 、 “替换 X 选项中分别选中“替换轴” “顺时针 ” 轴” 和 单选钮， 在“旋转轴的直径 ” 文本框 中输入 100mm； 在 “共同参数 ” 选项中分别设定安全 高度为 25 、 参考高度为 20mm、 下刀位置为 10mm、 加 工深度为—10mm 等。 （ 4 ） 工序 30. 04 、 30. 05 和 30. 06 通过复制工序 30. 03 轮廓铣削加工的操作来创建 30. 04 、 30. 05 和 30. 06 的立铣刀凸轮槽的刀位轨迹， 分别修改刀具为 9mm 、 9. 8mm 10mm ， 和 平底刀 其他参数设置保 持不变。最终生成的圆柱凸轮槽的刀具路径轨迹如 图 5 所示。
简单钻孔 简单钻孔 外形铣 削加工 外形铣 削加工 外形铣 削加工 外形铣 削加工
注： 表中长度单Hale Waihona Puke Baidu为 mm。
“变数” 图 3 “FPlot” 对话框和 对话框
2013 年 2 月
卢志伟， 等： 基于 MasterCAM X6 的圆柱凸轮的建模与数控仿真
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， 最后通过两次“镜像 ” 即可生成如图 4 所示的 凸轮槽中心轨迹在 100 圆柱面上的展开曲线。
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组合机床与自动化加工技术
第2 期
x= 100mm 圆柱面上的展开图如图 2 所示。 其中， 226. 661 － 0. 872 t， y = 80 （ cos （ 0. 7854 － r ） + 1 ） ， r= t 在 0 ～ 360 ° 之间变化。 0. 28 （ 3 t － sin（ 3 t） ） ，
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引言
随着自动化、 高速机械的快速发展， 各种空间凸轮 通过凸轮的 机构被广泛的应用在机械设备的各种领域， 空间曲线轮廓将旋转运动转化为从动件的复杂运动， 来 。 满足各种场合的不同要求 机械设备中使用的凸轮机 构中既有平面凸轮机构， 又有空间凸轮机构， 其中空间 凸轮机构中的关键零件空间凸轮加工一直是机械加工 的难点， 周期长， 加工精度低， 对操作工人的技术水平要 ［ 1 ］ 求高 。圆柱凸轮是自动控制机构广泛应用的重要机 械元件， 圆柱凸轮属空间凸轮， 基于圆柱凸轮在加工原 ， 理方面的特殊要求 加工圆柱凸轮的数控机床必须是带 ［ 2 ］ 有回转工作台的机床 。圆柱凸轮机构与平面凸轮机 构相比， 具有体积小、 结构紧凑、 刚性好、 运转可靠、 传动 ， 。 转矩大等优点 因而在自动机械中被广泛应用 随着计算机技术与数控技术的发展， 圆柱凸轮 的加工正日渐普遍地采用计算机辅助设计与制造，
第2 期 2013 年 2 月
组合机床与自动化加工技术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique
No． 2 Feb． 2013
文章编号： 1001 － 2265 （ 2013 ） 02 － 0111 － 03
* 基于 MasterCAM X6 的圆柱凸轮的建模与数控仿真 卢志伟， 曹 岩
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圆柱凸轮的数控加工工艺分析
加工任务要求 图 1 所示是一个待加工的圆柱凸轮零件， 圆柱 10 ± 0. 02mm ， 10mm ， 凸轮的槽 宽 为 槽深 凸轮槽在
收稿日期： 2012 － 08 － 18 ； 修回日期： 2012 － 09 － 18 * 基金项目： 国家级创新创业训练项目（ 201210702031 ） ； 陕西省教育厅专项基金项目（ 12JK0692 ） （E 作者简介： 卢志伟（ 1979 —） ， 男， 河南新野人， 西安工业大学机电工程学院工程师， 硕士， 研究方向为流体润滑技术与数控加工技术研究， － mail） luzw8866@ 163． com。
（ 西安工业大学 机电工程学院， 西安 710032 ） 摘要： 在 MasterCAM X6 环境下， 对圆柱凸轮进行了其槽中心轨迹的三维建模 、 工艺规程规划、 数控仿 真加工以及 NC 程序代码的后置处理等设计和分析 ； 运用 MasterCAM X6 的 4 轴加工对圆柱凸轮零件 进行了的数控铣削加工， 不仅解决了圆柱凸轮零件的复杂曲线加工轨迹的构建问题， 而且解决了空 间凸轮的多轴加工的难题， 提高了零件的加工效率， 缩短了制造周期， 降低了生产成本， 可以为企业 带来良好的经济效益。 关键词： 圆柱凸轮； 建模； 数控仿真； 后处理 中图分类号： TH16 ； TG65 文献标识码： A Modelling and NC Simulating of the Cylindrical Cam Based on MasterCAM X6 LU Zhiwei，CAO Yan （ Xi’ an technological University，School of Mechanical and Electronic Engineering，Xi’ an 710032，China） Abstract： The groove center path of threedimensional modeling ，the process of order planning ，the CNC simulation processing and NC code postprocessing of the cylindrical cam are designed and analysed In the environment of M asterCAM X6． The cylindrical cam parts are milled by M asterCAM X6 4axis CNC machining ，Which have solved the problem of complex curves of the cylindrical cam parts processing track and solved the problem of multiaxis machining of spatial cam． It w ill improve the processing efficiency of the parts and shorten the manufacturing cycle，reduce production costs，can bring good economic benefits for the enterprise． Key words： cylindrical cam ； modelling ； NC simulating ； posting
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圆柱凸轮加工模型构建
在 Mastercam X6 软件中编制加工程序时， 首先 CAD ， 造型 针对上述所要加工 要进行被加工零件的 需要按照如图 2 所示的尺寸要求， 构 的圆柱凸轮槽， 建凸轮槽中心轨迹在 100 圆柱面上的展开曲线。 其展开图形的具体构建操作步骤为： 进入 Mastercam X6 系统， 按照图 2 所示的尺寸要求， 绘制凸轮 关键是创 槽中心轨迹在 100 圆柱面上的展开曲线， a'b' 。首先选择菜单栏中 建图 2 所示的公式曲线 ab、 “ ” “ 的 设置 → 运行应用程序 ” 命令， 系统弹出“打开 ” 对话框， 选择该系统默认路径“chooks ” 下的“fplot． dll” 文件； 然后单击 按钮， 弹出“打开 ” 对话框， 选择 “凸轮． EQN” 文件， 在“打开 ” 对话框中， 鼠标右 “凸轮． EQN ” 键单击 文件并在弹出的快捷菜单中选 择“打 开 方 式 ” 为“记 事 本 ” 打 开 方 式， 在“凸 轮． EQN—记事本” 的窗口中分别设定以下与曲线 ab 相 关的参数： * 自变量 t。 （ 1 ） step_var1 = t （ 2 ） step_size1 = 0. 1 * 自变量 t 的步距。 （ 3 ） lower_limit1 = 160 * 自变量 t 的最小值。 （ 4 ） upper_limit1 = 215 * 自变量 t 的最大值。 （ 5 ） geometry = nurbs * 生成 NURBS 曲线。 （ 6 ） angles = degrees * 自变量 t 的角度单位 为度。 （ 7 ） origin = 0 ， 0， 0 * 曲线的起点。 （ 8 ） r = 0. 28* （ 3* t － sin（ 3* t） ） * 中间变量。 （ 9 ） y = 80* （ cos（ 0. 7854 － r） + 1 ） * 变量 y 值。 （ 10 ） x = 226. 661 － 0. 872* t * 变量 x 值。 其次关闭“凸轮． EQN—记事本 ” 窗口后， 在“打 开” 对话框中选择“凸轮． EQN ” 文件， 单击 按 此时系统弹出如图 3a 所示的“FPlot ” 对话框， 单 钮， “Set Variables ” （ 参数设置 ） 按钮后接着弹出“变 击 对话框， 可以在该对话框中修改对应的变量参 数” “FPlot” “Origin” 对话框中， 单击 按钮选择视图 数。在 原点为绘图原点， 再单击“Plot it ” 按钮， 生成如图 2 所示的公式曲线 ab。
它能有效地提高设计与加工的速度及质量。 但由于 专业凸轮 CAD / CAM 编程软件价格昂贵， 所以国内 ， 圆柱凸轮的编程主要采用手工编写 这无疑影响了 凸轮的加工效率及加工质量。 Mastercam X6 软件是 当前最流行的 CAD / CAM 软件之一， 其集二维建模、 、 、 NC 三维建模 刀具路径模拟与仿真 后处理等功能 于一体， 不仅可以完成产品的设计、 模拟仿真加工、 显示走刀路径及生成 NC 程序， 而且还可以及时修改 ， 不合理或错误走刀 避免因错误走刀轨迹给零件的 实际加工带来材料浪费， 加快机床上的编程和减少 ［34 ］ 。 本文研究的数控加工 程序的空运行时间问题 的圆柱凸轮形状和尺寸如图 1 所示。