proe在成形車刀設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

2013-08-05 by:逆向工程中心-設(shè)備設(shè)計(jì)組來源:仿真在線

工回轉(zhuǎn)體成形表面的專用工具,它以其加工精度穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、刀具使用壽命長和刃磨簡便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于普通車床、六角車床、自動(dòng)及半自動(dòng)車床以及生產(chǎn)自動(dòng)線上。但由于成形車刀前角和后角的原因,刀具截形與工件廓形不同,這給成形車刀的設(shè)計(jì)和制造帶來很大的困難,使得成形車刀的設(shè)計(jì)周期長,制造成本高。成形車刀的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有作圖法和計(jì)算法,這些傳統(tǒng)方法工作量大、計(jì)算復(fù)雜而且存在較大的廓形誤差,這些都制約著成形車刀的廣泛使用。

CAD/CAM技術(shù)的廣泛應(yīng)用和一系列優(yōu)秀CAD/CAM軟件的推出,給成形車刀的設(shè)計(jì)和制造提供了新的途徑。proeNGINEER是一種被廣泛應(yīng)用的優(yōu)秀CAD/CAM軟件,特別是其參數(shù)化設(shè)計(jì)方法給設(shè)計(jì)者帶來了極大的方便,應(yīng)用它可以大大簡化成形車刀設(shè)計(jì)和制造。

2 成形車刀的實(shí)體模型設(shè)計(jì)

應(yīng)用proeNGINEER可以屏蔽掉成形車刀傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中許多繁瑣的步驟,以下以棱體成形車刀為例來說明其設(shè)計(jì)方法。圖1為被加工零件的廓形圖。

圖1 被加工零件廓形圖

2.1 繪制刀具毛坯模型

使用建立實(shí)體特征命令“Solid→Protrusion→Extrude”命令,以前視圖平面(Front面)為繪圖平面,繪制出成形車刀毛坯縱向截面圖,其中前刀面與水平面夾角等于刀具前角γ(此處取刀具前角γ為15°),同時(shí)使后刀面與垂直方向夾角等于刀具后角α(此處取刀具后角α為10°),如圖2(a)所示。其余尺寸可根據(jù)實(shí)際情況確定,刀具毛坯的拉伸長度等于工件的長度。刀具毛坯的三維模型如圖2(b)所示。

(a)(b)
圖2 成形車刀毛坯圖

2.2 創(chuàng)建刀具實(shí)體模型

首先根據(jù)被加工零件輪廓得到車刀切削刃曲線。如圖3所示,在水平面內(nèi)繪制工件截形圖,各尺寸與零件圖尺寸相同,軸線與車刀毛坯上切削刃的距離等于工件最小圓周半徑。使用建立曲面特征命令Surface→Revolve命令,獲得被加工零件輪廓曲面。

圖3 工件截形圖的繪制效果

由建立實(shí)體特征命令“Solid→Cut→Use Quilt”,用工件輪廓曲面剪切刀具毛坯,這樣在前刀面上就可以得到刀具刃形曲線。

由“Datum→Curve→Projected”命令,用投影方式建立曲線特征,選擇切削刃刃形曲線為投影曲線,以刀具毛坯底面為投影面,選擇Along Dir選項(xiàng),以刀具一條棱線作為投影路徑,把切削刃刃形曲線投影在刀具毛坯的底面上,結(jié)果如圖4所示。

圖4 切削刃刃形的形成

利用建立實(shí)體特征命令“Solid→Cut→Extrude”,選擇刀具底面為繪圖平面,使用Geom Tools→Use Edge命令選取投影曲線為剖切線,剪切掉刀具毛坯的多余部分,由此可以得到棱體成形車刀的三維實(shí)體模型。

2.3 刀具修形

由于在加工零件b-c部分時(shí),刀具的主偏角κr=0°,使得此處刀具后角α=0°,從而導(dǎo)致加工時(shí)刀具磨損劇烈,因此需要對(duì)此處刀具刃形進(jìn)行修改。按照通常的方法,可以將上述切削刃曲線向內(nèi)偏置一個(gè)角度,使此處的主偏角略微增大。依舊使用實(shí)體特征建立命令Solid→Cut→Extrude,選擇刀具底面為繪圖平面,繪制出修改以后的切削刃曲線,利用它剪切掉多余部分。同樣可以使用這種方法作出成形車刀的燕尾榫部分,成形車刀最終的三維實(shí)體模型如圖5所示。

圖5 成形車刀的三維實(shí)體模型圖6 成形車刀截形圖

3 成形車刀的截形圖繪制

在三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)完成以后,就可以利用proeNGINEER的工程圖制作功能完成二維工程圖。proeNGINEER的工程圖和零件圖之間相互關(guān)聯(lián),三維零件圖修改之后,二維工程圖會(huì)自動(dòng)更改,這是使用proeNGINEER設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一。二維工程圖的制作方法可以參看有關(guān)書籍,這里不再詳細(xì)介紹。在proeNGINEER工程圖標(biāo)注時(shí)系統(tǒng)缺省的尺寸是根據(jù)其三維實(shí)體得到,為零件的準(zhǔn)確尺寸,因此在尺寸標(biāo)注時(shí)應(yīng)該接受缺省的尺寸值。另外,還可以根據(jù)加工精度的需要調(diào)整尺寸精度。

確定了適當(dāng)?shù)膱D樣和比例之后,選擇需要的視圖進(jìn)行投影,除此之外還應(yīng)該做出一個(gè)剖面視圖,用以標(biāo)注尺寸。由于此時(shí)切削刃上的f-g曲線為雙曲線(見圖4),與被加工零件輪廓曲線完全不同,按照通常的方法應(yīng)該分段標(biāo)注尺寸。在工程圖中,使用Tools→Use Edge命令選取要標(biāo)注的曲線,再使用Divide命令把曲線分割成若干段,然后標(biāo)注出各點(diǎn)的尺寸即可。由于Divide命令是根據(jù)弧長分割曲線,這樣使得在曲線曲率大的部分標(biāo)注點(diǎn)密集而曲率小的部分標(biāo)注點(diǎn)稀疏,有利于在傳統(tǒng)加工方法中提高成形車刀的加工精度。繪制完成的成形車刀截形圖如圖6所示。

4 成形車刀廓形的加工

棱體成形車刀的廓形通常是通過計(jì)算或繪圖得到如圖6所示的截形圖和數(shù)據(jù)值,然后制作刀具樣板,根據(jù)樣板進(jìn)行切削加工,最后在光學(xué)曲線工具磨床上進(jìn)行精加工的方法成形的。這種加工方法存在許多弊端,而且還受到工廠設(shè)備條件的限制。目前CAD/CAM技術(shù)的普及和數(shù)控線切割機(jī)床在工廠的廣泛應(yīng)用,給成形車刀的加工制造提供了更快捷的方法。使用proeNGINEER完成成形車刀的三位實(shí)體造型后,可以直接生成用于數(shù)控線切割機(jī)床的數(shù)控程序,控制機(jī)床進(jìn)行刀具廓形的加工,這樣大大簡化了刀具的制造。proeNGINEER的CAM功能這里就不再贅述了。

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