基于CAMWorkS的汽车轮毂模型数控加工研究

2017-09-18张红霞

中国设备工程 2017年17期

关键词：自动识别轮毂刀具

张红霞

（江苏省盱眙技师学院，江苏淮安 211700）

基于CAMWorkS的汽车轮毂模型数控加工研究

张红霞

（江苏省盱眙技师学院，江苏淮安 211700）

以CAMWORKS为工具，对汽车轮毂模型的造型和数控加工过程进行了阐述，其中重点就轮毂加工特征的自动识别、生成操作计划与刀具轨迹生成等进行了研究，所生成的程序满足了生产的需要。

CAMWORKS; 轮毂; 数控加工

随着生活水平的逐步提高，汽车已经成为我们出行的基本交通工具。在汽车的生产过程中，汽车的轮毂是保证汽车能够正常前进的重要零件，汽车的所有重量都是由轮毂来承载的，并且在汽车的行驶过程中的各种冲击，也要通过轮毂来消除，所以它是保证安全行驶的最直接的零件。

目前汽车轮毂主要有钢制和铝制两种，由于具有质量轻、安全性好等特点，铝制轮毂有代替钢制轮毂的趋势。

1 汽车轮毂的制造工艺

1.1 汽车轮毂的加工工艺流程

铝制轮毂的生产工艺主要包括前期材料准备、铸造成型、探伤检测与热处理、机械加工及后期处理等内容。在轮毂的制造过程中，直接的机械加工是一个必不可少的环节，但铸造成型的方法有多种。不管使用什么方法，针对轮毂模型的直接加工方法都是必须解决的问题。

1.2 汽车轮毂模型的作用

汽车轮毂的模型是制造轮毂模具的基础，铝制轮毂虽然有很多优点，但太复杂的轮毂造型不但会加大制造成本，而且对轮毂的使用保养与维护也会带来麻烦。所以制造具有一定强度和形状的轮毂，要进行综合考虑，轮辐太过简单，则强度可能难以保证或者视觉效果太单一，轮辐太过复杂，又可能得不偿失。

2 三维造型的方法

在各种造型软件中，UG和ProE等是传统的大型软件，它们具有处理复杂图形的能力，并且其功能模块多，造型方法多样。其缺点是大型软件复杂操作相对麻烦。

在没有特别复杂的曲面要求和专门功能要求的情况下，选择了SolidWorkS软件来进行轮毂的造型工作，原因在于SolidWorkS不但造型快捷，方便编辑、修改设计方案，而且，它也有插件CAMWorkS用来数控加工。

图1为使用SolidWorkS造型的19吋轮毂的模型，该轮毂以周向均布5个镂空造型和5个饰纹组成，相关部位都进行了倒圆角处理，中间的孔用于安装轴，5个沉头孔用于安装锁紧螺母。

图1 汽车轮毂零件造型图

使用SolidWorkS进行轮毂的造型，不但构图方便，还可以快速计算出零件的质量、重心及惯量等。

3 特征自动识别及刀具轨迹的调整方法

3.1 特征自动识别

当前的数控自动编程软件能够生成数控程序，是由传统的APT语言演变而来的，即由定义的线段、圆弧等的构图要素（起点、终点、线形等）来“翻译”成数控系统能够识别的G代码程序。

由于计算机图形技术的高速发展，CAD技术得到了发展和普及，相应的，CAM技术也随之得到了发展，并且它们的发展过程也是一致的。从二维构图到三维造型的CAD技术，CAD经历了二维绘图到三维设计的重要变化。这种变化，彻底提升了计算机仅仅用于绘图工具的作用，将所见即所得的设计理念，变成了现实。

CAM也紧跟着CAD的发展而更加人性化。初期的CAM软件只能够识别二维线型，即操作者根据图纸和加工要求，先进行特定的二维构图，然后使用鼠标选取加工对象（线段、圆弧及由其组成的轮廓或岛屿），这样就定义了要加工的内容（边界或区域）。后来，随着三维构图技术的发展，CAM中拾取加工对象也就扩大到面、孔、凸台、凹槽等内容。

一般CAM软件对于加工对象的拾取是通过鼠标来点取选择的，CAMWorkS的先进性在于它提供了特征自动识别功能。如图2，点取CAMWorkS的工具中的“提取可加工的特征”，则软件系统将自动识别造型中可以加工的各种二维特征。在自动识别的特征的基础上，还可以进行2．5轴的特征拾取和曲面特征的选择。

图2 特征自动识别加工轮毂

根据该轮毂零件的特点，经过操作后的加工内容见图3。对于生成的加工内容，是按照顺序进行排列的，根据生产实际情况，只要调整加工特征树中的顺序，就能够方便地调整实际加工顺序，而且后续的工作也不需要重新设置，软件系统会提醒自动更新。

3.2 生成操作计划

这里所说的操作计划，是指根据加工内容所进行的加工刀具的选择和设置、加工方式的选取等内容，操作计划是一个中间过程，特征识别解决的是选取什么的问题，操作计划解决的是怎么处理的问题，轮毂加工的操作计划见图4。

从图4中我们可以看出，相应的刀具对应着加工内容。根据特征，软件系统在工艺数据库的基础上，自动提供相应的加工方案，是选择平底刀还是选择球头刀，是选择中心钻还是麻花钻，系统都能够按照相关的约束进行处理。

系统自动处理的操作计划同特征识别一样，也是可以进行人工编辑和修改的。由于实际生产状况的变化，可能缺少相关尺寸的刀具，或者受某种加工设备的限制，需要进行重新组织加工方法的，可以在操作计划单中进行人为的调整。调整后的计划，将自动储存在系统中，系统会提醒操作者进行更新。

图3 轮毂加工内容

图4 轮毂加工的操作计划

3.3 生成刀具轨迹

数控加工前要根据零件图纸的设计要求和实际毛坯情况，确定刀具的移动轨迹，手工编程的方法是通过计算与分析，然后用手写的方法确立从哪儿下刀，延着什么路径进行刀具的移动，然后在什么位置使刀具离开工件，最后按照数控代码的格式要求，手工的编写零件加工程序。

计算机辅助编程的重要工作之一就是根据待加工内容，按照操作计划的内容和顺序，自动生成刀具轨迹。使用CAMWorks轮毂加工的刀具轨迹见图5。计算机自动编程生成的刀具轨迹，是以一个固定的文件而存在的，这个文件由一系列数据和对应的关系组成，它详细描述了待加工内容的各种信息要素，这些要素包括具体的构图线型数值、和加工有关的设置等工艺参数。

刀具轨迹可以通过计算机界面方便的观察，也可以进行编辑和修改。编辑和修改的内容包括刀具的设置、加工方法的优化、工艺参数的调整等所有内容，操作方法就是选中待编辑的加工内容后，进行“编辑定义”，进入“操作参数”界面，然后根据实际情况和操作者的经验进行修改和调整。