1-基于CDCAM的箱体类零件设计和加工应用技术研究.doc

基于CAD/CAM的箱体类零件设计和加工应用技术研究 陈 军 孙召瑞 (莱芜职业技术学院,山东 莱芜,271100) 摘要: 为了提高箱体类零件的加工精度、缩短产品设计周期，基于Pro/E的CAD技术，对齿轮箱体平面和壳体孔的设计、制造、改型等进行了新的分析和研究，用特征化参数法实现了零件的三维实体造型。基于Pro/E的CAM技术，建立了切削刀具库，实现了刀具参数的自动输入。 关键词：箱体类零件，加工精度，CAD/CAM，特征造型，刀具库 质量是产品的生命。面向21世纪的具有竞争力的产品质量概念是指“对顾客需求的满足程度”。这里的质量指的是产品全生命周期的质量，它包括两方面的内容：产品的设计制造质量和产品的售后服务质量。产品要具有高质量和低成本，还要具有竞争力的时间，即产品开发的周期要短，新产品上市的时间要快。1 箱体类零件的结构特点分析 1.1箱体类零件的功用 箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定的传动关系协调运动[1]。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。 1.2 箱体类零件的结构特点 箱体类零件一般起着支承、容纳、定位和密封等作用，外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种。箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同而存在着较大的差异。但从工艺上分析，它们仍有许多共同之处，其主要结构特点大致有:结构形状比较复杂；加工精度要求高；加工工序多、工艺复杂。 2 箱体类零件CAD/CAM系统设计 2.1 CAD/CAM系统总体结构 系统总体结构如图1所示 2.2基于特征的箱体类零件信息描述 特征是指在设计、制造及相关过程中可以识别的、包含特定形状和工程予以的基本信息单元。基于特征的零件信息描述方法不是按传统的几何体、素（如块、体、圆柱体等）来描述零件，而是根据零件的几何特征（如孔、槽等）或加工工艺特征来描述零件（如是否车、铣、镗等）。在具体的描述方法中，不仅含有结构和几何信息，同时含有制造和工艺信息，是设计中体素概念与制造加工过程中形面概念的综合反映。这就使得设计和制造融为一体，相互之间易于实现信息的共享和交换[2]。 图1 箱体零件CAD/CAM集成系统框图 因为Pro/E支持面向对象的技术，而其自身具有全相关性的尺寸驱动功能。为了与Pro/E紧密结合，最大限度地利用Pro/E内部的强大内核，本系统采用了面向对象的设计方法，使用类和对象来定义特征，并利用对象的封装性实现对特征的封装，只要指定几个特征参数就可以完全确定特征的形状。特征作为几何信息和非几何信息的载体，在本系统中是用一组私有变量来定义的，系统提取的零件信息就储存在这些变量当中。 在零件的产品建模过程中，形状特征是产品定义模型中最主要的内容，设计人员主要是从满足功能要求、装配要求、制造工艺要求等几个方面来构造零件，所以不同的形状特征对于构造零件的形状所起的作用是不同的[3]。本系统将特征划分为主形状特征和辅助形状特征。主形状特征用于构造零件的主体形状结构，辅助形状特征用于对形状结构进行局部修饰，它附加于主形状特征之上。箱体零件无论为何种类型，其形体一般是由包容其他组件的空腔、轴承孔、安装板、筋板等组成，因此可以把箱体基体作为主特征，而把其他的所有结构作为辅特征。 2.3 箱体类零件NC加工过程描述 从总体上讲利用Pro/NC生成数控程序的过程与产品实际加工的流程是一致的，包括以下几个部分： ①加工前准备。包括：创建工件参考模型；创建工件；建立加工数据库(包括NC机床，刀具、夹具配置等)。 ②创建NC加工文件 ③建立制造模型。选择或创建工件，与所设计的箱体零件（参考模型）装配在一起建立制造模型。 ④定义操作。操作是一系列NC序列的集合，包括定义操作模式，定义机床，定义夹具，定义加工坐标系，定义初始点和返回点，定义工件材料，定义退刀面等。 ⑤定义NC序列。NC序列是在加工条件下来描述刀具运动轨迹的，包括建立NC加工类型，设置加工刀具，设置加工工艺参数，选择加工对象，定制刀具路径。 ⑥后置处理。通过后置处理产生用于指定数控机床的数控加工代码，实现零件的数控加工。 3 在Pro/E环境下系统的设计与实现 在箱体类零件设计加工系统的实施中，选用Pro/E Wildfire 2.0软件作为开发平台，以Visual C++为开发工具，向Pro/ENGINEER Wildfire环境中添加菜单，扩展Pro/ENGINEER的功能。为此需要编写应用程序模块，与Pro/E Wildfire 进行功能连接。当然，对于用户而言，该功能也可选用其他的CAD/CAM系统加以实施，这一点在