HXN3機車軸箱體是HXN3機車走行部分的關鍵件之一,由于其獨特的設計結構,采用傳統(tǒng)的二維工程圖進行鑄造工藝設計和鑄造模具的設計與制造比較困難?紤]到該產(chǎn)品已進行了三維實體設計,具有鑄造工藝及模具三維實體設計制造的基礎,為此,嘗試采用NX軟件CAD/CAM技術,對HXN3機車軸箱體鑄造工藝及模具進行三維實體設計和數(shù)控加工自動編程,并通過開發(fā)NX軟件后處理功能,應用引進的5軸數(shù)控加工機床,采用數(shù)控加工技術完成HXN3機車軸箱體鑄造模具加工制造。
1 HXN3機車軸箱體三維鑄造工藝設計
HXN3機車軸箱體(見圖1)在設計結構上,由于沒有明顯的分型面,采用常規(guī)二維圖工藝設計難度較大。為此,根據(jù)軸箱體三維實體模型嘗試采用三維鑄造工藝設計。三維鑄造工藝設計是在三維實體設計模型的基礎上完成澆口、冒口、砂芯、分型面等工藝設計工作,該設計方法具有圖形直觀、便于工藝分析等特點,有利于鑄造工藝的模擬分析和模具設計與數(shù)控加工。該工藝設計應用了NX軟件CAD技術,對HXN3機車軸箱體澆口、冒口及砂芯進行了三維工藝設計。圖2為澆口、,冒口三維工藝設計圖,圖3為分型面及砂芯三維工藝設計圖。具體設計方案如下。
圖1 軸箱體三維設計模型圖
圖2 澆口、冒口三維工藝設計圖
圖3 砂芯三維工藝設計圖
1.1 澆注系統(tǒng)設計
根據(jù)軸箱體結構特點,設置二道內(nèi)澆口,并將內(nèi)澆口開在軸瓦加工面上,并考慮到內(nèi)澆口又是鑄件補縮通道,因此,內(nèi)澆口尺寸適當放大,其截面尺寸為:50mm×90mm。為了保證鑄件補縮效果,直澆口采用φ160mm×250mm保溫冒口套,直澆口總高度設計為294mm。
1.2 冒口設計
HXN3機車軸箱體全部采用保溫冒口,在內(nèi)澆口處放置φ160mm×250mm保溫冒口套1個,在另一側(cè)放置了1個φ90mm×120mm的保溫冒口,加強鑄件補縮。
1.3 分型面及砂芯設計
HXN3機車軸箱體分上、下型,分型面通過軸箱體彈簧座圓孔中心上下分型。共有4種砂芯(2#砂芯為2塊),其中1#砂芯根據(jù)HXN3機車軸箱體結構特點,芯頭采用了曲面設計結構。
2 HXN3機車軸箱體模具設計及制造
2.1 HXN3機車軸葙體模具設計
在三維鑄造工藝設計基礎上,對HXN3機車軸箱體模具進行了三維設計,圖4為設計的軸箱體上、下模具三維實體圖。
圖4 上、下模具三維實體圖
2.2 HXN3機車軸箱體模具數(shù)控加工編程及制造
CAM技術是在CAD技術基礎上,在計算機上輸入加工工藝參數(shù)和選擇優(yōu)化加工工藝,并應用模擬仿真系統(tǒng)進行加工過程的模擬,形成刀具位置源文件。最后利用后處理軟件對其刀具位置源文件進行后置處理,形成數(shù)控機床可識別的NC代碼文件,實現(xiàn)計算機數(shù)控編程。
計算機數(shù)控編程擺脫了傳統(tǒng)手工編程效率低,程序易出錯,尤其對復雜曲面手工方法無法實現(xiàn)編程等弊端,極大地提高了加工工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量。通過對NX軟件CAM系統(tǒng)的開發(fā)應用,成功的制造出高質(zhì)量的HXN3機車軸箱體模具。
2.2.1 HXN3機車軸箱體數(shù)控加工編程
采用NX軟件CAM技術對HXN3機車軸箱體上、下型模具及芯盒進行了數(shù)控加工編程,其主要步驟有:
(1)打開文件,取出模具工件和毛坯(Workpiece)組裝圖,將坐標系(wcs)移至機床加工坐標原點(Z軸朝上)。
(2)進入加工模塊,根據(jù)加工工件創(chuàng)建刀具庫。
(3)創(chuàng)建加工坐標系(MCS),然后對工件和毛坯進行指定。
(4)創(chuàng)建加工操作方法,進入加工設置界面,選擇加工類型(輪廓銑、平面銑等)。
(5)進入加工設置界面,進行部件及加工參數(shù)(刀具、切削模式、步距、加工余量、主軸轉(zhuǎn)速、走刀速度、進退刀方式等)的選擇確定。
(6)生成刀具位置源文件。
(7)模擬仿真加工刀軌。
按上述步驟完成的HXN3機車軸箱體上、下型模具加工模擬仿真結果見圖5。
圖5 上、下模具加工模擬仿真
2.2.2 后置處理文件的開發(fā)
由于采用NX CAM進行自動數(shù)控編程,生成的刀具位置源文件,其數(shù)控機床的特定數(shù)控系統(tǒng)并不能自動識別,因此,需要把NX CAM生成的刀具位置源文件轉(zhuǎn)換為特定數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的數(shù)控NC程序,該轉(zhuǎn)換過程稱之為后置處理。由于不同的數(shù)控機床有著不同的數(shù)控系統(tǒng),需要采用不同的后置處理文件對刀具位置源文件進行處理。因此,針對我公司引進的5軸數(shù)控鑄造模具加工中心數(shù)控系統(tǒng),采用NX/PostBuilder進行了NX后置處理文件的開發(fā)。
NX/PostBuilder是一個圖形化界面編輯工具,可靈活定義NC程序輸出的格式和順序,以及程序頭尾、操作頭尾、換刀等。NX/PostBuilder后處理開發(fā)流程見圖6。
圖6 NX/PostBuilder后處理開發(fā)流程圖
2.2.3 后置處理
應用開發(fā)的后置處理文件,對生成的HXN3機車軸箱體模具數(shù)控加工刀具位置源文件進行后置處理,圖7為HXN3機車軸箱體下型模具粗加工后置處理形成NC文件的圖形界面。
圖7 后置處理圖形界面
2.2.4 HXN3機車軸箱體模具加工
通過NX CAM進行自動數(shù)控編程形成的NC程序文件,并應用我公司引進的5軸數(shù)控鑄造模具加工中心對HXN3機車軸箱體模具進行了數(shù)控加工。成功的加工出HXN3機車軸箱體上、下模及芯盒,極大地提高了模具尺寸精度和制作效率,確保HXN3機車軸箱體試制一次成功。在此基礎上制作了HXN3機車軸箱體金屬模具,圖8為HXN3機車軸箱體上、下型金屬模具圖。
圖8 上、下型金屬模具圖
3 結論
(1)采用NX軟件CAD/CAM技術成功的實現(xiàn)了HXN3機車軸箱體三維鑄造工藝和模具設計,并通過對NX數(shù)控編程和后置處理的開發(fā),完成了HXN3機車軸箱體的模具數(shù)控加工編程和制造。
(2)HXN3機車軸箱體模具的數(shù)控加工,解決了傳統(tǒng)手工制作模具,制作工期長、精度低的問題。同時,為公司鑄造模具制作提供了先進的技術手段。
(3)HXN3機車軸箱體的試制和生產(chǎn)應用證明,該技術完全可滿足HXN3機車軸箱體尺寸精度要求,同時,縮短了試制周期,為HXN3機車軸箱體國產(chǎn)化提供了有力保證。
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本文標題:HXN3機車軸箱體鑄造工藝及模具CAD/CAM技術的應用
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