基于maex的泵盖压铸模型芯三维模型设计与仿真

基于maex的泵盖压铸模型芯三维模型设计与仿真

随着科学技术的快速发展，机械制造行业的自动化程度越来越高，产品生产中心等数控机床越来越受到重视，这加剧了产品生产之间的竞争。为此,人们总是借助CAD/CAM技术,来实现产品的辅助设计与辅助制造功能,大大地降低了生产成本和提高了生产效率。MastercamX5就是一款专业的CAD/CAM软件。本文以该软件为平台,实现泵盖压铸模型芯的三维建模,然后对其进行数控加工仿真,最后生成加工中心的NC程序,同时分析了如何根据零件特点,确定加工工艺及工艺参数等重要问题,对其它同类产品的设计加工具有借鉴意义。1建立三维线框图图1和图2分别是泵盖压铸模型芯的三维线框图和曲面图。由于该型芯结构比较复杂,所以须先利用矩形命令、圆弧命令、直线命令、倒角命令建立三维线框图;然后通过平面修剪、扫描曲面、举升曲面、牵引曲面及曲面圆角完成三维曲面的绘制。1.1绘制泵盖压铸模型芯曲杆td-pbd图型芯三维线框图虽然比较复杂,但也是由矩形、直线、圆弧、圆角等基本图素构成,因此可采用基本的绘图命令来绘制。其主要的设计过程为:首先绘制泵盖压铸模型芯底面线框。设置视角为等角视图,构图面为俯视图,其余采用默认设置,选择菜单命令:绘图→矩形,绘制角点经过原点,边长为100mm的矩形,如图1中的a所示。其次绘制泵盖压铸模型芯环状截面线框。设置视角为等角视图,构图面为右视图,选择菜单命令:绘图→圆弧→极坐标画弧,依次设置构图深度为16mm、40mm与79mm,分别绘制半径为R18mm、R23mm和R18mm的半圆弧,结果如图1中的b、c、d所示。再次绘制泵盖压铸模型芯曲杆截面线框。设置视角为等角视图,构图面为俯视图,选择菜单命令:绘图→圆弧→极坐标画弧,捕捉半径为R23mm的圆弧的端点作为圆弧的圆心,绘制起始角为180°,终止角为360°,半径为R7mm的圆弧,如图1中的e所示。然后绘制泵盖压铸模型芯曲杆路径线框。设置视角为等角视图,构图面为右视图,绘图深度通过捕捉R7mm圆弧的右端点来确定。选择菜单命令:绘图→任意直线→绘制任意直线,点击最后绘制泵盖压铸模型芯浇道口线框。设置视角为等角视图,构图面为俯视图,绘图深度z=27mm,选择菜单命令:绘图→圆弧→圆心+点,绘制圆心为(61、40、27),直径为12mm的圆,如图1中的g所示。至此,三维线框图绘制完成。1.2绘制拉伸曲面该泵盖压铸模型芯零件比较复杂,但其特征三维线框图已生成,可利用特征线框,再结合曲面绘制功能完成曲面的设计。其主要的设计过程为:首先绘制边界曲面。选择菜单命令:绘图→绘制曲面→平面修剪,分别选取图1中的a、b、d、f作为平面修剪边界,当弹出“边界曲线或串联没有封闭,你想自动封闭它吗?”,点击是进行确认。然后对由修剪边界f生成的曲面进行移动复制,结果如图3所示。其次绘制扫描曲面。选择菜单命令:绘图→绘制曲面→扫描曲面,选取图1中的e图素定义为截面方向外形,选取图1中的f图素定义为引导方向外形,确认后生成如图4所示的扫描曲面。再次绘制举升曲面。选择菜单命令:绘图→绘制曲面→直纹/举升,依次选取图1中的b、c、d半圆弧定义为串联外形,确认生成如图5所示的举升曲面。然后绘制拉伸曲面。选择菜单命令:绘图→绘制曲面→拉伸曲面,选取图1中的g图素为拉伸边界,拉伸长度为8,确认生成如图6所示的拉伸曲面。最后绘制曲面圆角。选择菜单命令:绘图→绘制曲面→倒圆角→曲面/曲面,分别倒R1mm、R2mm、R4mm、R6mm的圆角,得到如图2所示的曲面,完成泵盖压铸模型芯曲面的设计。2模拟和加工后的数据加工2.1曲面粗加工—曲面粗加工——挖槽铣削该泵盖压铸模型芯毛坯为立方体,为了在粗加工阶段迅速去除大量余量,采用挖槽铣削的粗加工方式。该加工方式能分层清除曲面与加工范围之内的所有材料,具有加工效率高、刀路计算时间短、刀具切削负荷均匀,是曲面粗加工的首选方式。操作步骤:刀具路径→曲面粗加工→粗加工挖槽加工,选择所有面为加工面,按在对话框中分别设置刀具参数、曲面加工参数、粗加工参数和挖槽参数:采用φ16R4mm的圆角刀,主轴转速4500r/min,进给率2000mm/min,Z轴进给率600mm/min;安全平面高度采用相对坐标100mm,加工面预留0.3mm;整体误差0.025,Z轴最大进给量1mm,打开螺旋式下刀,采用默认的螺纹进刀参数;选择等距环切切削方式,切削间距6mm,加工仿真结果如图7所示。2.2曲面半深加工该泵盖压铸模型芯毛坯材料为H13,硬度较高,为了获得均匀的加工余量,需要进行半精加工;等高外形精加工能在相同的等高轮廓线上产生刀具路径,加工余量均匀,因此该型芯采用等高外形的半精加工方式。操作步骤:刀具路径→曲面精加工→精加工等高外形,选择所有面为加工面,在“刀具路径的曲面选取”对话框中单击确认图标在对话框中分别设置刀具参数、曲面加工参数及等高外形精加工参数:采用φ8mm球刀,主轴转速6000r/min,进给率1500mm/min,Z轴进给率600mm/min;安全平面高度采用相对坐标100mm,加工面预留0.1mm;整体误差0.01mm,Z轴最大进给量0.4mm,封闭轮廓采用顺铣方向,开放轮廓采用单向铣削方向。加工仿真结果如图8所示。3.3清除半无面交角处的材料虽然经等高外形半精加工后,该型芯各曲面的加工余量均匀,但各曲面的相交处加工余量并不均匀,所以为了保证后续的精加工各曲面相交处获得均匀的加工余量,需要在精加工之前增加一个交线清角的半精加工,清除各曲面交角处的材料。操作步骤:刀具路径→曲面精加工→精加工交线清角,选择所有面为加工面,在“刀具路径的曲面选取”对话框中单击确认图标在对话框中分别设置刀具参数、曲面加工参数及交线清角精加工参数:采用φ8mm的球刀,主轴转速6000r/min,进给率1500mm/min,Z轴进给率600mm/min;安全平面高度采用相对坐标100mm,加工面预留0.1mm;整体误差0.01mm,Z轴最大进给量0.4mm,封闭轮廓采用顺铣方向,开放轮廓采用单向铣削方向,加工仿真结果如图9所示。2.4粗糙度值的加工至此完成了该泵盖压铸模型芯的粗加工和半精加工,表面余量比较均匀。但由于该型芯曲面较多,曲率变化较大,为了在精加工中获得较高的加工精度及较小的表面粗糙度值,精加工宜采用环绕等距精加工方式。操作步骤:刀具路径→曲面精加工→精加工环绕等距加工,选择所有面为加工面,按在对话框中分别设置刀具参数、曲面加工参数及环绕等距精加工参数:采用φ6mm的硬质合金球刀,主轴转速12000r/min,进给率3200mm/min;安全平面高度采用相对坐标100mm;整体误差0.002mm,最大切削间距0.3mm,加工方向为“逆时针”,同时打开“由内而外环切”选项,加工仿真结果如图10所示。2.5数控加工程序的生成通过数控加工仿真能模拟数控加工过程,了解数控加工结果,但不能直接用于数控加工,必须根据选用的数控系统,调用所选定机床的数据文件,运行MastercamX5的后置处理程序,生成数控机床能够识别的数控加工程序即NC程序,以下为挖槽