连杆件造型与加工优化方案

连杆的加工

【目的要求】掌握复杂实体零件的造型。

【教学重点】零件实体造型思路。

【教学难点】多种加工方法的综合运用。

一、连杆件的实体造型

造型思路：根据连杆的造型及其三视图（如图5－33 和图5－34 所示）可以分析出连杆主要包括底部的托板、基本拉伸体、两个凸台、凸台上的凹坑和基本拉伸体上表面的凹坑。底部的托板、基本拉伸体和两个凸台通过拉伸草图来得到；凸台上的凹坑使用旋转除料来生成；基本拉伸体上表面的凹坑先使用等距实体边界线得到草图轮廓，然后使用带有拔模斜度的拉伸除料来生成。

图5-33　连杆造型

1.作基本拉伸体的草图

（1）选择零件特征树的“平面xOy”选项，选择xOy 面为绘图基准面。

（2）选择绘制草图工具，进入草图绘制状态。

（3）绘制整圆。选择整圆工具，将其设置为圆心_半径，按回车键，在弹出的文本框中先后设置圆心为（70，0，0），半径R 为20 并确认，然后右击结束该圆的绘制。同样方法设置圆心为（－70，0，0），半径R 为40 绘制另一圆，并连续右击两次退出圆的绘制，结果如图5－35 所示。

（4）绘制相切圆弧。选择圆弧工具，在特征树下的立即菜单中选择圆弧方式为“两点_半径”，然后按空格键，在弹出的菜单中选择“切点”命令，拾取两圆上方的任意位置，按回车键，设置半径R 为250 并确认完成第一条相切线。接着拾取两圆下方的任意位置，同样设置半径R 为250，结果如图5－36 所示。

图5-34　连杆造型的三视图

图5-35　绘制整圆

图5-36　绘制相切圆弧

（5）裁剪多余的线段。选择曲线裁剪工具，拾取需要裁剪的圆弧上的线段，结果如图5－37 所示。

（6）退出草图状态。选择绘制草图工具，退出草图绘制状态。按F8键观察草图轴测图，如图5－38 所示。

图5-37　裁剪多余的线段

图5-38　退出草图状态

2.利用拉伸增料生成拉伸体

（1）选择拉伸增料工具，在弹出“拉伸”对话框中设置“深度”为10，选中“增加拔模斜度”复选框，设置拔模角度为5，并单击“确定”按钮，结果如图5－39所示。

图5-39“拉伸”对话框

（2）拉伸小凸台。单击基本拉伸体的上表面，选择该上表面为绘图基准面，然后选择绘制草图工具，进入草图绘制状态。选择整圆工具，按空格键，在弹出的菜单中选择“圆心”命令，单击上表面小圆的边，拾取到小圆的圆心，再次按空格键，在弹出的菜单中选择“端点”命令，单击上表面小圆的边，拾取到小圆的端点，右击完成草图的绘制。

（3）选择绘制草图工具，退出草图状态。然后选择拉伸增料工具，在弹出的“拉伸”对话框中设置“深度”为10，选中“增加拔模斜度”复选框，设置拔模角度为5，并单击“确定”按钮，结果如图5－40 所示。

图5-40　拉伸小凸台

（4）拉伸大凸台。与绘制小凸台草图步骤相同，拾取上表面大圆的圆心和端点，完成大凸台草图的绘制。

（5）与拉伸小凸台步骤相同，设置“深度”为15，拔模角度为5，生成大凸台，结果如图5－41 所示。

图5-41　生成大凸台

3.利用旋转除料生成小凸台凹坑

（1）选择零件特征树的“平面xOz”选项，选择平面xOz 为绘图基准面，然后选择绘制草图工具，进入草图绘制状态。

（2）作直线1。选择直线工具，按空格键，在弹出的菜单中选择“端点”命令，拾取小凸台上表面圆的端点为直线的第1 点，按空格键，在弹出的菜单中选择“中点”命令，拾取小凸台上表面圆的中点为直线的第2 点。

（3）选择等距线工具，设置“距离”为10，拾取直线1，选择等距方向为向上，将其向上等距10，得到直线2，如图5－42 所示。

（4）绘制用于旋转除料的圆。选择整圆工具，按空格键，在弹出的菜单中选择“中点”命令，单击直线2，拾取其中点为圆心，按回车键输入半径15，右击结束圆的绘制，如图5－43 所示。

图5-42　得到直线2

图5-43　绘制用于旋转除料的圆

（5）删除和裁剪多余的线段。拾取直线1，右击，在弹出的快捷菜单中选择“删除”命令，将直线1 删除。选择曲线裁剪工具，裁剪掉直线2 的两端和圆的上半部分，如图5－44 所示。

（6）绘制用于旋转轴的空间直线。选择绘制草图工具，退出草图状态。选择“直线”工具，按空格键选择“端点”命令，拾取半圆直径的两端，绘制与半圆直径完全重合的空间直线。如图5－45 所示。

图5-44　裁剪后的效果

图5-45　绘制用于旋转轴的空间直线

（7）选择旋转除料工具，在弹出的“旋转特征”对话框中拾取半圆草图和作为旋转轴的空间直线，单击“确定”按钮，然后删除空间直线，结果如图5－46所示。

图5-46　旋转除料后的效果

4.利用旋转除料生成大凸台凹坑

（1）用与绘制小凸台上旋转除料草图和旋转轴空间直线完全相同的方法，绘制大凸台上旋转除料的半圆和空间直线。具体参数：直线等距的距离为20，圆的半径R 为30，结果如图5－47 所示。

（2）选择旋转除料工具，在弹出的“旋转特征”对话框中拾取大凸台上半圆草图和作为旋转轴的空间直线，单击“确定”按钮，然后删除空间直线，结果如图5－48 所示。

图5-47　绘制大凸台上旋转除料的半圆和空间直线

图5-48　旋转除料后的效果图

5.利用拉伸除料生成基本体上表面的凹坑

（1）单击基本拉伸体的上表面，选择拉伸体上表面为绘图基准面，然后选择绘制草图工具，进入草图状态。

（2）选择相关线工具，将其设置为“实体边界”，拾取如图5－49 所示的四条边界线。

图5-49　拾取四条边界线

（3）生成等距线。选择等距线工具，以等距距离10 和6 分别作刚生成的边界线的等距线，如图5－50 所示。

（4）曲线过渡。选择曲线过渡工具，设置其半径为6，对等距生成的曲线作过渡，结果如图5－51 所示。

图5-50　生成等距线

图5-51　曲线过渡

（5）删除多余的线段。选择删除工具，拾取四条边界线，然后右击将各边界线删除，结果如图5－52 所示。

图5-52　删除多余的线段

（6）拉伸除料生成凹坑。选择绘制草图工具，退出草图状态。选择拉伸除料工具，在弹出的“拉伸减料”对话框中设置深度为6，角度为30，结果如图5－53所示。

图5-53　拉伸除料生成凹坑

6.过渡零件上表面的棱边

（1）选择过渡工具，在弹出的“过渡”对话框中设置半径为10，拾取大凸台和基本拉伸体的交线，单击“确定”按钮，结果如图5－54 所示。

图5-54“过渡”（半径为10）

（2）选择过渡工具，在弹出的“过渡”对话框中设置半径为5，拾取小凸台和基本拉伸体的交线，单击“确定”按钮。

（3）选择过渡工具，在弹出的“过渡”对话框中设置半径为3，拾取上表面的所有棱边并单击“确定”按钮，结果如图5－55 所示。

7.利用拉伸增料延伸基本体

（1）单击基本拉伸体的下表面，选择该拉伸体下表面为绘图基准面，然后选择绘制草图工具，进入草图状态。

（2）选择投影曲线工具，拾取拉伸体下表面的所有边将其投影得到草图，如图5－56所示。

图5-55　过渡后的效果

（3）选择绘制草图工具，退出草图状态。选择拉伸增料工具，在弹出的“拉伸”对话框中设置“深度”为10，取消选中“增加拔模斜度”复选框，单击“确定”按钮，结果如图5－57 所示。

图5-56　得到草图

图5-57　拉伸增料后的效果

8.利用拉伸增料生成连杆的托板(www.xing528.com)

（1）单击基本拉伸体的下表面，选择绘制草图工具，进入以拉伸体下表面为基准面的草图状态。

（2）按F5键切换显示平面为xOy 面，然后选择矩形工具，绘制长为220 宽为100 中心为（－10，0）的矩形，如图5－58 所示。

图5-58　绘制矩形

（3）选择绘制草图工具，退出草图状态。选择拉伸增料工具，在弹出的“拉伸”对话框中设置“深度”为10，取消选中“增加拔模斜度”复选框，单击“确定”按钮。按F8键，其轴测图如图5－59 所示。

图5-59　轴测图

二、连杆件加工

加工思路：等高线粗加工、参数线半精加工、等高线精加工。

连杆件的整体形状较为陡峭，整体加工选择等高线粗加工，精加工采用等高线精加工。对于凹坑的部分根据加工需要还可以应用参数线精加工方式进行局部加工。

1.加工前的准备工作

（1）设定加工刀具。

①打开特征树栏中的“轨迹管理”选项卡，双击“刀具库”选项，弹出“刀具库管理”对话框，如图5－60 所示。

图5-60“刀具库管理”对话框

②增加铣刀。单击“增加”按钮，在弹出的“刀具定义”对话框中输入铣刀名称及参数，如图5－61 所示。

图5-61“刀具定义”对话框

一般都是以铣刀的直径和刀角半径来表示，刀具名称尽量和工厂中用刀的习惯一致。刀具名称一般表示形式为“D10，r3”，D 代表刀具直径，r 代表刀角半径。

③设定增加的铣刀的参数。在“刀具库管理”对话框中输入正确的数值，刀具定义即可完成。其中的刀刃长度和刃杆长度与仿真有关而与实际加工无关，在实际加工中要正确选择吃刀量和吃刀深度，以免刀具损坏。

（2）后置设置。

用户可以增加当前使用的机床，给出机床名，定义适合自己机床的后置格式。系统默认的格式为FANUC 系统的格式。

①选择“加工”→“后置处理”→“设备编辑”命令，弹出“选择后置配置文件”对话框。

②增加机床设置。选择当前机床类型，如图5－62 所示。

图5-62　选择后置配置文件

（3）后置处理设置。打开“后置处理设置”选项卡，根据当前的机床，设置各参数，如图5－63 所示。

图5-63　后置处理设置

（4）选择“加工”→“毛坯”命令弹出“毛坯定义”对话框，选择参照模型，如图5－64 所示。

图5-64　定义毛坯

2.等高线粗加工刀具轨迹

（1）设置粗加工参数。选择“加工”→“三轴加工”→“等高线粗加工”命令，在弹出的“等高线粗加工”对话框中设置粗加工的参数，如图5－65 所示。

（2）根据使用的刀具，设置“切削用量”参数，如图5－66 所示，单击“确定”按钮。

图5-65“等高线”粗加工

图5-66“切削用量”选项卡

（3）打开“进退刀方式”和“下刀方式”选项卡，设定进退刀方式和下刀切入方式均为“垂直”。

（4）打开“铣刀具参数”选项卡，选择在刀具库中已经定义好的铣刀R5 球刀，并可再次设定和修改球刀的参数。如图5－67 所示。

（5）打开“清根参数”选项卡，设置清根参数。

（6）粗加工参数设置好后，单击“确定”按钮，屏幕左下角状态栏提示“拾取加工轮廓”。拾取设定加工范围的矩形，并单击链搜索箭头即可。

（7）拾取加工曲面。系统提示“拾取加工曲面”，选中整个实体表面，系统将拾取到的所有曲面变红，然后右击结束，如图5－68 所示。

图5-67“刀具参数”选项卡

（8）生成加工轨迹。系统提示“正在准备曲面请稍候”“处理曲面”等，然后系统就会自动生成粗加工轨迹，如图5－69 所示。

图5-68　拾取加工曲面

图5-69　生成粗加工轨迹

（9）隐藏生成的粗加工轨迹。拾取轨迹，右击生成的粗加工轨迹，在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”命令即可。

3.参数线半精加工凹坑

（1）设置半精加工的参数线加工参数。选择“加工”→“三轴加工”→“参数线精加工”命令。在弹出的“参数线精加工”对话框中设置半精加工的参数，如图5－70 所示，注意安全高度为60，选择球刀R ＝r ＝3。

（2）“切削用量”参数、“进退刀方式”和“刀具参数”的设置与粗加工的相同。

（3）根据左下角状态栏提示拾取加工曲面。拾取一个凹坑表面，右击确定；拾取进刀点，右击确认环切方式；不改变曲面方向（右击确认）、不拾取干涉曲面（右击确认）。系统开始计算刀具轨迹，几分钟后生成参数线半精加工大凹坑的刀具轨迹。同理加工小凹坑：在切换加工方向时左键单击选择径向切削方式，生成参数线半精加工小凹坑轨迹如图5－71 所示。

图5-70“参数线精加工”对话框

图5-71　生成半精加工轨迹

4.等高线精加工刀具轨迹

（1）设置精加工的等高线加工参数。选择“加工”→“三轴加工”→“等高线精加工”命令，在弹出的“等高线精加工”对话框中设置精加工的参数，如图5－72所示，注意加工余量为0，补加工选择“需要”。

图5-72“等高线精加工”对话框

（2）“切削用量”参数、“进退刀方式”和“刀具参数”的设置与粗加工的相同。

（3）根据左下角状态栏提示拾取加工曲面。拾取整个零件表面，右击确定。系统开始计算刀具轨迹，几分钟后生成精加工的轨迹，如图5－73 所示。

图5-73　生成精加工轨迹

（4）隐藏生成的精加工轨迹。拾取轨迹单击鼠标右键在弹出的菜单中选择【隐藏】命令即可。

注意：精加工的加工余量为0。

5.轨迹仿真、检验与修改

（1）选择可见工具，显示所有已经生成的加工轨迹，然后拾取粗加工轨迹，右击确认。

（2）选择“加工”→“实体仿真”命令。拾取粗加工刀具轨迹，右击结束，如图5－74所示。

（3）右击，弹出“选择仿真文件”对话框，输入文件名“连杆件粗加工仿真”，单击“保存”按钮，存储粗加工仿真的结果。

（4）精加工仿真。隐藏粗加工轨迹，选择可见工具，显示精加工轨迹。

（5）选择“加工”→“轨迹仿真”命令。拾取精加工刀具轨迹，右击确认，弹出“选择仿真文件”对话框，选择已经保存的“连杆件粗加工仿真”文件，单击“打开”按钮后立即在粗加工仿真结果的基础上进行精加工仿真，如图5－75 所示。

图5-74　粗加工轨迹仿真

图5-75　精加工轨迹仿真

（6）在仿真过程中，系统显示走刀速度。仿真结束后，拾取点观察精加工仿真截面。然后右击，弹出“选择仿真文件”对话框，输入文件名，单击“保存”按钮，存储精加工仿真的结果。

（7）仿真检验无误后，选择“文件”→“保存”命令，保存粗加工、半精加工和精加工轨迹。

6.生成G 代码

（1）前面已经做好了后置设置。选择“加工”→“后置处理”→“生成G 代码”命令，弹出“选择后置文件”对话框，输入文件名“粗加工代码”，单击“保存”按钮。

（2）拾取生成的粗加工的刀具轨迹，右击确认，立即弹出粗加工G 代码文件，保存即可，如图5－76 所示。

图5-76　G 代码文件

（3）同样方法生成半精加工及精加工G 代码并保存参数线、等高线精加工刀具代码文件。

7.生成加工工艺清单

（1）选择“加工”→“工艺清单”命令，弹出“工艺清单”对话框，输入相关设计信息，单击“确定”按钮，如图5－77 所示。

（2）屏幕左下角的状态栏中提示“拾取加工轨迹”，用鼠标选取或用窗口选取或按W键，选中全部刀具轨迹，右击确认，立即生成加工工艺清单，生成结果如图5－78 所示。

至此，连杆的造型、生成加工轨迹、加工轨迹仿真检查、生成G 代码程序、生成加工工艺清单的工作已经全部做完，可以把加工工艺清单和G 代码程序通过工厂的局域网送到车间去了。车间在加工之前还可以通过CAXA 制造工程师软件中的校核G 代码功能，再看一下加工代码的轨迹形状，做到加工之前心中有数。把工件打表找正，按加工工艺清单的要求找好工件零点，再按工序清单中的要求装好刀具找好刀具的z 轴零点，就可以开始加工了。

图5-77“工艺清单”对话框

图5-78　生成加工工艺清单