I-DEAS 10 NX Series軟件是美國UGS公司推出的一套包含計算機輔助設計、制造和工程分析（CAD/CAM/CAE）的集成軟件系統(tǒng)，模塊眾多，功能強大。軟件采用了主模型技術(shù)和當今CAD領域最先進的變量化造型系統(tǒng)，為企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)提供了完整的解決方案和強有力的技術(shù)支持。自從許昌煙草機械有限責任公司1998年購置I-DEAS軟件以來，它就在煙機新產(chǎn)品開發(fā)的各個階段得到了廣泛的應用，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。創(chuàng)成式加工（Generative Machining）是I-DEAS軟件集成的加工模塊，該模塊提供了2.5～3軸銑削加工，4～5軸點位加工和車削加工，每種加工方式有多種加工策略供選擇。創(chuàng)成式加工不僅可以直接加工由I-DEAS軟件造型(Master modeler)模塊設計的曲線、曲面和實體，而且可以對通過數(shù)據(jù)接口導入的其他CAD系統(tǒng)生成的零件進行NC編程。編程人員根據(jù)工件的特點，通過選擇加工方式，制定加工策略，生成刀具路徑，再通過軟件提供的C-Post通用后置處理程序?qū)ι�成的刀具路徑編譯，得到針對不同數(shù)控機床控制系統(tǒng)的加工程序，加工程序再通過DNC程序傳輸軟件傳輸?shù)綌?shù)控機床進行加工，最終得到設計的零件。利用I-DEAS軟件提供的強大功能，我們對卷煙機上使用的多種異型件進行了三維造型，設計了刀具路徑，生成了加工程序，并在車間從瑞士進口的VCP1000高速銑床上試制成功。下面是我們利用I-DEAS軟件解決平面凸輪槽加工難題的例子，寫出來與大家交流。

    一、問題的提出

    我廠P70卷煙機有種平面凸輪槽零件，如圖１所示。

圖１ P70卷煙機的平面凸輪槽零件

    其中滾子中心軌跡由極坐標給出，圖紙要求滾子在凸輪槽中運動光滑流暢，但是圖紙中只給出了36個點的坐標，相當于每隔10°有一個坐標點，由于間隔過大，這些點不能準確地表達出凸輪滾子運動的規(guī)律，使加工無法進行。

    二、問題的解決過程

    1.失敗的嘗試
   
    根據(jù)以往的經(jīng)驗，解決輪廓控制點間隔過大的問題需要在這36個坐標點之間插值進行細化，但是通過計算發(fā)現(xiàn)，如果保證兩個插值點之間間距約0.5mm時，就要插入近400個點，計算量很大，而且無法確定點與點之間的插值方式，通過手工計算是很難完成插值的。為此，我們利用MasterCAM軟件采集了近400個坐標點。以下是操作的簡要過程。

    (1)構(gòu)造凸輪輪廓
   
    通過構(gòu)造點的方式將36個坐標點輸入，再使用Spline(樣條)曲線將輸入的36個點串連起來，結(jié)果如圖2所示。

圖2 輸入凸輪輪廓

    (2)創(chuàng)建二維輪廓刀具路徑
   
    點擊TooLpaths刀具路徑創(chuàng)建按鈕，選擇Contour二維輪廓刀具路徑，選擇圖2所示的串連并確定，軟件彈出加工參數(shù)設置對話框，選擇Φ10mm刀具，并設置輪廓參數(shù)如圖3所示。

圖3 設置輪廓參數(shù)

    (3)得到插值點
   
    生成輪廓刀具路徑，并進行后置處理得到刀具中心在輪廓上的加工程序，從而得到將近400個凸輪滾子中心運動軌跡上的插值點。所生成的加工程序，如圖4所示。

圖4 所生成的加工程序

    利用上述方法得到的插值點，我們編制了數(shù)控程序，并在車間VCP1000高速銑上試用，一個新的問題出現(xiàn)了：由圖1可知，凸輪槽槽寬Φ22+0.05，尺寸要求嚴，如果直接利用Φ22刀具加工，無法達到圖紙精度要求。因此，我們原定加工方案是利用Φ16機夾刀粗銑型腔，再使用Φ16側(cè)精刃銑刀并利用數(shù)控裝置的半徑補償功能精加工凸輪軌道面。但是由于坐標點數(shù)過密造成刀具過切，使得刀具補償功能無法使用，機床拒絕執(zhí)行程序，使得加工無法進行。針對這一問題，我們仔細分析了解題思路，認為在上面的解題過程中，思路過于僵化、簡單，看到圖紙中描述凸輪滾子中心線軌跡坐標點數(shù)不足，只習慣性的想到插值進行細化，未考慮整個加工過程，結(jié)果使問題陷入僵局。

    2.問題的解決
   
    這里，我們想到了I-DEAS軟件。為何不用I-DEAS軟件強大的造型和加工功能去解決凸輪槽的加工難題呢？思路正確了，問題也就解決了。下面是利用I-DEAS軟件加工凸輪槽的簡要過程。

    (1)建立基礎實體
   
    起動I-DEAS，進入軟件造型模塊，在任務命令菜單區(qū)選擇圖形按鈕，在軟件默認繪圖平面原點畫Φ220圓，選擇拉伸命令按鈕點擊Φ220圓形作為截面拉伸30mm，生成如圖5所示的基礎實體。

圖5 生成基礎實體

(2)建立凸輪槽三維模型
   
    點擊任務命令菜單區(qū)按鈕，選擇圖5所示的A面作為繪圖平面，選擇圖形按鈕，在繪圖平面上Φ220圓的圓心處建立參考坐標系，選擇建立參考點命令按鈕將描述凸輪滾子中心軌跡的36個坐標點依次輸入，得到36個參考點，點擊樣條曲線繪制按鈕，將36個參考點光滑連接起來，建立凸輪滾子中心軌跡線，選擇偏移功能按鈕將這條軌跡線向兩側(cè)各偏移11mm，點擊實體拉伸特征生成按鈕選擇通過偏移得到的兩條曲線作為截面，在基礎實體上切除材料得到凸輪槽特征。然后通過類似方法創(chuàng)建工件的其他特征，最終得到的工件實體模型如圖6所示。

圖6 所生成的實體模型

(3)建立凸輪槽粗加工刀具路徑
   
    在I-DEAS軟件窗口右上角的任務列表區(qū)選擇創(chuàng)成式加工(Generative Machining)任務，如圖7所示。軟件進入創(chuàng)成式加工環(huán)境，任務圖標菜單區(qū)的功能按鈕將有所變化，而且，在造型模塊中建立的平面凸輪槽工件將直接帶入加工模塊。點擊圖標按鈕，建立加工任務，點擊圖標按鈕，選擇凸輪槽實體模型，建立加工對象。點擊建立新操作圖標按鈕 打開操作選擇對話框，選擇型腔銑(Volume Clear)加工方式，如圖8所示，點擊Create按鈕，打開操作設置對話框，如圖9所示。

圖7 任務選擇對話框

圖8 操作選擇對話框

圖9 操作設置對話框

    通過對圖9中各項目的設置，最后得到凸輪槽型腔粗加工的刀具路徑如圖10所示。

圖10 粗加工的刀具路徑

    (4)建立凸輪槽側(cè)面精加工刀具路徑
   
    點擊建立新操作圖標按鈕，打開操作選擇對話框，選擇輪廓銑(Profile)加工方式，如圖11所示。點擊Create按鈕，打開操作設置對話框，如圖9所示。

圖11 操作選擇對話框

    通過對圖9中各項目的設置，最后得到凸輪槽側(cè)面滾子軌道面精加工的刀具路徑如圖12所示。

圖12精加工的刀具路徑

    (5)后置處理，生成數(shù)控機床加工程序
   
    先后選擇 和圖標按鈕，分別生成凸輪槽粗、精加工操作的中性刀位文件和針對 Mikron（米克朗）高速機床上使用的HeidenHain（海德漢）控制系統(tǒng)的數(shù)控加工程序，程序文件如圖13所示。將程序在機床上試用后，加工得到的凸輪槽表面光滑圓順，滾子在槽中移動流暢，沒有沖擊感，性能指標完全滿足使用要求，平面凸輪槽加工難題得到圓滿解決。

圖13 最終生成的加工程序

    三、結(jié)束語
   
    平面凸輪槽加工難題的解決過程告訴我們，在利用數(shù)控機床進行加工時，要積極開闊思路，能夠從不同的角度去分析問題的解決方法，同時，深入學習CAD/CAM軟件的功能，擴大輔助軟件在工作中的應用范圍，而且能夠利用工具軟件之間的不同點，取長補短，聯(lián)合使用去解決實際遇到的難題。