基于CAMWorkS的汽車輪轂模型數控加工研究

2017-09-18 02:38:36張紅霞

中國設備工程 2017年17期

關鍵詞：自動識別特征汽車

張紅霞

（江蘇省盱眙技師學院，江蘇淮安 211700）

基于CAMWorkS的汽車輪轂模型數控加工研究

張紅霞

（江蘇省盱眙技師學院，江蘇淮安 211700）

以CAMWORKS為工具，對汽車輪轂模型的造型和數控加工過程進行了闡述，其中重點就輪轂加工特征的自動識別、生成操作計劃與刀具軌跡生成等進行了研究，所生成的程序滿足了生產的需要。

CAMWORKS; 輪轂; 數控加工

隨著生活水平的逐步提高，汽車已經成為我們出行的基本交通工具。在汽車的生產過程中，汽車的輪轂是保證汽車能夠正常前進的重要零件，汽車的所有重量都是由輪轂來承載的，并且在汽車的行駛過程中的各種沖擊，也要通過輪轂來消除，所以它是保證安全行駛的最直接的零件。

目前汽車輪轂主要有鋼制和鋁制兩種，由于具有質量輕、安全性好等特點，鋁制輪轂有代替鋼制輪轂的趨勢。

1 汽車輪轂的制造工藝

1.1 汽車輪轂的加工工藝流程

鋁制輪轂的生產工藝主要包括前期材料準備、鑄造成型、探傷檢測與熱處理、機械加工及后期處理等內容。在輪轂的制造過程中，直接的機械加工是一個必不可少的環節，但鑄造成型的方法有多種。不管使用什么方法，針對輪轂模型的直接加工方法都是必須解決的問題。

1.2 汽車輪轂模型的作用

汽車輪轂的模型是制造輪轂模具的基礎，鋁制輪轂雖然有很多優點，但太復雜的輪轂造型不但會加大制造成本，而且對輪轂的使用保養與維護也會帶來麻煩。所以制造具有一定強度和形狀的輪轂，要進行綜合考慮，輪輻太過簡單，則強度可能難以保證或者視覺效果太單一，輪輻太過復雜，又可能得不償失。

2 三維造型的方法

在各種造型軟件中，UG和ProE等是傳統的大型軟件，它們具有處理復雜圖形的能力，并且其功能模塊多，造型方法多樣。其缺點是大型軟件復雜操作相對麻煩。

在沒有特別復雜的曲面要求和專門功能要求的情況下，選擇了SolidWorkS軟件來進行輪轂的造型工作，原因在于SolidWorkS不但造型快捷，方便編輯、修改設計方案，而且，它也有插件CAMWorkS用來數控加工。

圖1為使用SolidWorkS造型的19吋輪轂的模型，該輪轂以周向均布5個鏤空造型和5個飾紋組成，相關部位都進行了倒圓角處理，中間的孔用于安裝軸，5個沉頭孔用于安裝鎖緊螺母。

圖1 汽車輪轂零件造型圖

使用SolidWorkS進行輪轂的造型，不但構圖方便，還可以快速計算出零件的質量、重心及慣量等。

3 特征自動識別及刀具軌跡的調整方法

3.1 特征自動識別

當前的數控自動編程軟件能夠生成數控程序，是由傳統的APT語言演變而來的，即由定義的線段、圓弧等的構圖要素（起點、終點、線形等）來“翻譯”成數控系統能夠識別的G代碼程序。

由于計算機圖形技術的高速發展，CAD技術得到了發展和普及，相應的，CAM技術也隨之得到了發展，并且它們的發展過程也是一致的。從二維構圖到三維造型的CAD技術，CAD經歷了二維繪圖到三維設計的重要變化。這種變化，徹底提升了計算機僅僅用于繪圖工具的作用，將所見即所得的設計理念，變成了現實。

CAM也緊跟著CAD的發展而更加人性化。初期的CAM軟件只能夠識別二維線型，即操作者根據圖紙和加工要求，先進行特定的二維構圖，然后使用鼠標選取加工對象（線段、圓弧及由其組成的輪廓或島嶼），這樣就定義了要加工的內容（邊界或區域）。后來，隨著三維構圖技術的發展，CAM中拾取加工對象也就擴大到面、孔、凸臺、凹槽等內容。

一般CAM軟件對于加工對象的拾取是通過鼠標來點取選擇的，CAMWorkS的先進性在于它提供了特征自動識別功能。如圖2，點取CAMWorkS的工具中的“提取可加工的特征”，則軟件系統將自動識別造型中可以加工的各種二維特征。在自動識別的特征的基礎上，還可以進行2．5軸的特征拾取和曲面特征的選擇。

圖2 特征自動識別加工輪轂

根據該輪轂零件的特點，經過操作后的加工內容見圖3。對于生成的加工內容，是按照順序進行排列的，根據生產實際情況，只要調整加工特征樹中的順序，就能夠方便地調整實際加工順序，而且后續的工作也不需要重新設置，軟件系統會提醒自動更新。

3.2 生成操作計劃

這里所說的操作計劃，是指根據加工內容所進行的加工刀具的選擇和設置、加工方式的選取等內容，操作計劃是一個中間過程，特征識別解決的是選取什么的問題，操作計劃解決的是怎么處理的問題，輪轂加工的操作計劃見圖4。

從圖4中我們可以看出，相應的刀具對應著加工內容。根據特征，軟件系統在工藝數據庫的基礎上，自動提供相應的加工方案，是選擇平底刀還是選擇球頭刀，是選擇中心鉆還是麻花鉆，系統都能夠按照相關的約束進行處理。

系統自動處理的操作計劃同特征識別一樣，也是可以進行人工編輯和修改的。由于實際生產狀況的變化，可能缺少相關尺寸的刀具，或者受某種加工設備的限制，需要進行重新組織加工方法的，可以在操作計劃單中進行人為的調整。調整后的計劃，將自動儲存在系統中，系統會提醒操作者進行更新。

圖3 輪轂加工內容

圖4 輪轂加工的操作計劃

3.3 生成刀具軌跡

數控加工前要根據零件圖紙的設計要求和實際毛坯情況，確定刀具的移動軌跡，手工編程的方法是通過計算與分析，然后用手寫的方法確立從哪兒下刀，延著什么路徑進行刀具的移動，然后在什么位置使刀具離開工件，最后按照數控代碼的格式要求，手工的編寫零件加工程序。

計算機輔助編程的重要工作之一就是根據待加工內容，按照操作計劃的內容和順序，自動生成刀具軌跡。使用CAMWorks輪轂加工的刀具軌跡見圖5。計算機自動編程生成的刀具軌跡，是以一個固定的文件而存在的，這個文件由一系列數據和對應的關系組成，它詳細描述了待加工內容的各種信息要素，這些要素包括具體的構圖線型數值、和加工有關的設置等工藝參數。

刀具軌跡可以通過計算機界面方便的觀察，也可以進行編輯和修改。編輯和修改的內容包括刀具的設置、加工方法的優化、工藝參數的調整等所有內容，操作方法就是選中待編輯的加工內容后，進行“編輯定義”，進入“操作參數”界面，然后根據實際情況和操作者的經驗進行修改和調整。