0 引言
電風(fēng)扇葉片是電風(fēng)扇的主要組成部分之一,葉片的曲面現(xiàn)狀較為復(fù)雜,同時(shí)要求葉片質(zhì)量輕,分布均勻,整個(gè)結(jié)構(gòu)的對(duì)中性好,因此,對(duì)葉片的要求較為嚴(yán)格。一般葉片的材料多選擇為無(wú)毒,無(wú)臭,無(wú)味的高結(jié)晶的聚合物。而Polypropylene AW564具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、電性能等,是目前所有塑料中最輕的品種之一,因此,是制造葉片常選擇的材料之一。由于風(fēng)扇葉片生產(chǎn)批量較大,而模具成型方式具有生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本等特點(diǎn),因此塑科葉片都用注塑模生產(chǎn)。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與加工主要是依靠工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn),利用傳統(tǒng)的加工方法,模具要經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)試驗(yàn)后才能投入生產(chǎn),而且制造出來(lái)的模具精度低,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),成本較高。隨著CAD/CAPP/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展,葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)有了很大的改進(jìn)。本文利用國(guó)產(chǎn)的主流軟件CAXA作為CAD/CAPP/CAM的軟件環(huán)境,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì),注塑模生成,模具加工的工藝設(shè)計(jì)以及仿真加工,準(zhǔn)確可靠,實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM的快速化制造技術(shù)。
1 葉片與模具型腔的CAD過(guò)程
風(fēng)扇葉片的產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工過(guò)程的基本流程如圖1所示。
圖1 葉片設(shè)計(jì)與加工過(guò)程的基本流程圖
1.1 葉片的建模 葉片建模的主要問(wèn)題是葉片的空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,對(duì)于空間自由曲面,可利用貝恩斯特(Bernstein)基函數(shù)。
三次Bezier曲線段表示為
利用貝恩斯特基函數(shù)Bi,n(u),Bj,m(V),可構(gòu)成一張曲面,該曲面為n×m維Bezier曲面。自由曲面的建模就是按照上述原理將曲面進(jìn)行劃分為一系列曲面片,利用連接條件生成整體曲面,再利用CAXA制造工程師或CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件(以下的設(shè)計(jì)都是以CAXA制造工程師軟件為平臺(tái)),可以很快的把風(fēng)扇的三維曲面與實(shí)體進(jìn)行建模(模型如圖2所示),建模過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷。
圖2 風(fēng)扇的三維模型
1.2 模具上下型腔的生成 利用曲面與實(shí)體造型,根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)好的葉片,利用該軟件可以進(jìn)行模具的自動(dòng)生產(chǎn),在生成模具前,由于塑料制品在注入型腔冷卻后有一定的收縮率,因此,在制備型腔時(shí)(以下都以模具的左型腔為例),對(duì)設(shè)計(jì)好的葉片進(jìn)行放樣。不同的材科,其收縮率不同,表1給出了部分常用塑料的收縮率。對(duì)放樣后的零件與設(shè)計(jì)好的毛坯,利用軟件中自帶的布爾運(yùn)算,可以自動(dòng)的生成模具的上下型腔,或先生成包含設(shè)計(jì)好的零件毛坯,利用軟件中具有的開(kāi)模功能,自動(dòng)生成上下型腔,模具的上下型腔如圖3、圖4所示。
表1 常用塑料的收縮率
圖3 模具上型腔
圖4 模具下型腔
2 模具型腔的CAPP
型腔的CAPP過(guò)程是根據(jù)設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的結(jié)果,對(duì)產(chǎn)品的加工方法與加工過(guò)程的設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō),CAPP設(shè)計(jì)包含以下的內(nèi)容:毛坯的設(shè)計(jì)、加工方法的選擇、工序設(shè)計(jì)、工藝路線制定等。其中,工序設(shè)計(jì)包含加工設(shè)備和工裝的選用、加工余量、切削用量、機(jī)床與刀具的選擇等。
2.1 毛坯的設(shè)計(jì) 毛坯形式主要分為原型材、鍛造件、鑄造件、焊接件、沖壓件等,根據(jù)該模具的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)形狀和外廓尺寸以及生產(chǎn)的批量的要求等,該模具要求精度較高,因此,利用8CRMn合金鋼的鍛件為毛坯件,毛坯的現(xiàn)狀與尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品大小,參照模具設(shè)計(jì)手冊(cè)確定。在設(shè)計(jì)中,利用軟件本身的功能與相關(guān)參數(shù)的改變來(lái)完成毛坯的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)好的毛坯作為生產(chǎn)毛坯廓形與尺寸的依據(jù)。
2.2 加工方法的選擇 根據(jù)零件的加工性質(zhì)和作用不同,工藝過(guò)程一般分為粗加工、半精加工、精加工與光整加工幾個(gè)階段,在軟件系統(tǒng)中,有粗加工、精加工等多種加工類型,每種類型中又存在多種加工方法。根據(jù)加工的特點(diǎn)按照加工階段劃分,進(jìn)行加工方法選擇,加工中需要進(jìn)行粗加工,再進(jìn)行精加工。二種加工類型中,按照零件的現(xiàn)狀與特點(diǎn)進(jìn)行選擇,在粗加工階段選擇等高粗加工,精加工階段選擇等高精加工。
2.3 工序設(shè)計(jì) ①機(jī)床的選擇:選擇機(jī)床時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面:1)機(jī)床的加工范圍應(yīng)與零件的外廓尺寸相適應(yīng);2)機(jī)床的工作精度要與本工序的加工精度相適應(yīng):3)機(jī)床的生產(chǎn)效率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng);4)選擇機(jī)床設(shè)備要以車(chē)間的現(xiàn)有設(shè)備為主。加工中選擇的機(jī)床是與軟件功能相配套的數(shù)控銑床,機(jī)床與CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)之間可通過(guò)無(wú)線連接,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化DNC功能。②夾具的選擇:在生產(chǎn)批量不大的情況下,應(yīng)盡量選用通用夾具,如是大批、犬量生產(chǎn)時(shí),應(yīng)按工序要求,設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用夾具。模具加工屬于單件生產(chǎn)類型,因此選擇通用的夾具。③加工余量:加工余量分工序余量與加工總余量,加工總余量是毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計(jì)尺寸之差,用zbo表示,工序余量是相鄰兩工序的尺寸之差,用zbi表示,工序余量與總與量間的關(guān)系為
式中:n-工序或工步的數(shù)目。
工序尺寸、毛坯尺寸及總余量的計(jì)算可以參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)。在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中,選擇加工類型與加工方法,先選擇粗加工的等高線粗加工,再選擇精加工的等高線精加工。將加工參數(shù)、切削用量、加工邊界、切入切出、刀具參數(shù)與下刀方式等內(nèi)容按照工藝要求進(jìn)行確定完成,CAPP的設(shè)計(jì)過(guò)程也相應(yīng)的完成,相應(yīng)的刀具軌跡可一并生成。
3 仿真與加工
按照以上的過(guò)程,可以生成模具零件的加工軌跡,為了更好的展示實(shí)際加工出的模具效果,可以進(jìn)一步進(jìn)行模擬仿真,圖5為刀具的加工軌跡,圖6為粗加工仿真結(jié)果,圖7為精加工仿真結(jié)果,在加工仿真過(guò)程中,可進(jìn)行刀具加工的干涉檢查,如有干涉,重新選擇CAPP的過(guò)程,如不存在干涉,再經(jīng)后置處理,直接生成NC代碼(由于語(yǔ)句太多,故省略),進(jìn)行產(chǎn)品加工。
圖5 仿真加工的刀具軌跡
圖6 模具粗加工仿真
圖7 模具精加工仿真
以上是以固定的左型腔為例,對(duì)右型腔,可以按照同樣的過(guò)程與方法,得出其加工與仿真結(jié)果,圖8加工后模具以及產(chǎn)品的效果圖。
圖8 加工裝配效果圖
4 結(jié)論
通過(guò)以國(guó)內(nèi)主流的CAXA軟件,利用有關(guān)理論,對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì),工藝選擇與加工與仿真,實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM一體化的過(guò)程,在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中,與實(shí)際生產(chǎn)加工以及相比,節(jié)約了時(shí)間,同時(shí)使設(shè)計(jì)結(jié)果更加精確,完美。
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本文標(biāo)題:基于CAXA環(huán)境下電風(fēng)扇葉片CAD/CAPP/CAM技術(shù)研究
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