摘要

　　非對稱(chēng)細長(cháng)軸類(lèi)件形狀復雜，種類(lèi)繁多并且加工困難，隨著(zhù)楔橫軋技術(shù)的迅速發(fā)展，為非對稱(chēng)細長(cháng)軸的加工提供了方便、高效的加工方法。然而又出現了新的問(wèn)題，即楔橫軋模具的設計和制造，因為對應的軸類(lèi)件形狀復雜、模具設計繁瑣、加工制造困難，所以在楔橫軋模具的設計制造中應用 CAD/CAM 技術(shù)，可以提高楔橫軋模具的質(zhì)量，縮短模具設計制造周期，從而可以解決上述問(wèn)題。

　　本文針對楔橫軋模具，利用Pro/E提供的開(kāi)發(fā)工具包Pro/TOOLKIT，進(jìn)行基于Pro/E 的 CAD/CAM 系統二次開(kāi)發(fā)研究。利用 VC++ 編程語(yǔ)言，使用 Pro/E 中的Pro/TOOLKIT調用函數與MFC可視化對話(huà)框技術(shù)開(kāi)發(fā)出應用程序界面，使系統操作方便、靈活、人機界面友好；對提高楔橫軋模具的設計水平，實(shí)現模具制造自動(dòng)化具有實(shí)際意義。其中，首先對給定的非對稱(chēng)細長(cháng)軸進(jìn)行了楔橫軋模具的設計，然后應用基于特征的建模技術(shù)，把模具特征進(jìn)行分類(lèi)存儲后供參數化建模提取利用，生成了楔橫軋模具的三維實(shí)體模型；然后對模具的加工方案進(jìn)行分析，確定出模具的加工工藝以及模具加工的數控代碼。

　　開(kāi)發(fā)的楔橫軋模具CAD/CAM系統主要由三部分組成，包括楔橫軋模具特征模型的建立、模具的計算機輔助工藝設計和模具的計算機輔助制造。此外，還建立了ACCESS數據庫，并且使其與VS2005連接，可以處理系統所需要的模具特征信息、模具的加工工藝信息、以及刀具的信息等數據，然后，針對特定的數控加工中心的機床生成合理的數控代碼。

　　關(guān)鍵詞：楔橫軋；特征建模；CAD/CAM；Pro/TOOLKIT；MFC

Abstract

　　Asymmetric-slender shaft parts with complicated shape and variety is difficult for processing. With the rapid development of Cross wedge Rolling technology, a convenient and efficient processing method for processing the asymmetric-slender shaft is produced.

　　However, there is an emergent new problem: Designning and manufacturing of CWR die,the shaft shape is more complex the die designing is more complex and the manufacturing is more difficult. So the CAD/CAM technology is used in cross wedge rolling mould production, this can improve the quality of cross wedge rolling mould, shorten the cycle of mould design and manufacture and importantly solve the above problems.

　　For wedge rolling mould, this text utilize the Pro/E development kit Pro/TOOLKIT to secondary development on CAD/CAM system of Pro/E. Use VC++ programming language, Pro/TOOLKIT to call function and MFC visual dialog box technology to develop the application program interface, this system is easy to operate, flexible, friendly man-machine interface, it has practical significance on the design level of cross wedge rolling mould and realizing automation of mould manufacturing. First design CWR mould for a given asymmetric-slender shaft, then application of feature modeling technology make the mould features storage with classification for parametric modeling extraction then generate 3D solid model of cross wedge rolling tool. After that analysis mould processing scheme and confirm of NC code processing mould and generate cross wedge rolling die.

　　On the basis of the theoretical study, empolder system of CAD/CAM for CWR die including the establishment of cross wedge rolling mould feature model, computer aided process design of the die and computer aided manufacturing mold. In addition, this research establishment of the ACCESS database, and make this database connection with VS2005 to handle mold character information that processing system required, the die processing technology information and the tool information. And then aimed at the specific NC machining center generate reasonable NC code.

　　Keyword: cross wedge rolling; feature modeling; CAD/CAM; Pro/TOOLKIT; MFC

　　隨著(zhù)交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，各種軸類(lèi)零件的需求量與日俱增，如鐵路車(chē)輛用軸和汽車(chē)用軸等，這些零件中大部分為非對稱(chēng)軸類(lèi)零件，甚至有更難以加工的需求量大的非對稱(chēng)細長(cháng)階梯軸類(lèi)件。因此可以用易加工且生產(chǎn)效率高的楔橫軋方法進(jìn)行加工，楔橫軋技術(shù)屬于冶金和機械學(xué)科的交叉，并且該工藝切削少或無(wú)切屑，擁有材料利用率高、產(chǎn)品精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)[1]。

　　楔橫軋加工的關(guān)鍵是軋輥(即模具)的設計和制造，模具設計人員的工作特別繁重，模具設計量大、周期長(cháng)、任務(wù)急。在制造方面，模具的傳統加工方法已不能滿(mǎn)足楔橫軋技術(shù)發(fā)展的需要。因此用數控加工代替普通的車(chē)床加工，但對于曲面復雜單件小批量的模具而言數控編程一直是數控機床應用的“ 瓶頸”。使數控機床發(fā)揮效力的關(guān)鍵必須解決加工工件數控程序的編制問(wèn)題，所以利用計算機輔助NC編程是解決這一問(wèn)題的唯一途徑，模具CAD/CAM集成技術(shù)的引入將技術(shù)人員從繁冗的計算、繪圖和數控編程中解放出來(lái)，并可以提高模具設計和制造的水平，提高模具質(zhì)量，也可以節省時(shí)間提高效率，大幅度降低成本[2-4]。

　　利用CAD/CAM集成技術(shù)解決了模具設計人員工作量大的問(wèn)題，避免人工重復進(jìn)行模具的修改，從而可以縮短模具設計的周期，在工藝上實(shí)現加工特征自動(dòng)排序，在制造方面，解決加工工件數控程序的編制問(wèn)題。總之，對軋輥的每一次修正都不需要技術(shù)人員重新進(jìn)行設計、制定工藝，手工編程等繁瑣的重復性工作，降低了人工勞動(dòng)程度，提高正確率，提高模具設計和制造的水平，節約時(shí)間、降低成本。

　　楔橫軋是一種軸類(lèi)零件成型新工藝、新技術(shù)。與傳統的切削、鍛造零件成型工藝比較，它具有生產(chǎn)效率高、節約材料、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，被公認是當今先進(jìn)制造技術(shù)的組成部分。在學(xué)科上，楔橫軋屬于冶金軋制和機械制造的交叉學(xué)科。楔橫軋和冶金軋制都劃分在軋制范疇以?xún)龋�因為他們都是連續式的回轉成形加工，但是用傳統的冶金軋制所生產(chǎn)的產(chǎn)品是等截面的，如圓形棒材等，其結果是一種半成品，而用楔橫軋方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品是變截面的，即由不同圓截面組成的軸類(lèi)零件，他比冶金軋制更先進(jìn)，是冶金軋制的發(fā)展。楔橫軋和鍛造加工零件時(shí)，零件都產(chǎn)生的是塑性變形，然而又與斷續、整體模鍛成形方法不同，它是連續的、零件局部成形，因為成形是連續的，所以他的生產(chǎn)效率提高了；又因為成形是局部的，所以他的載荷又會(huì )特別小，特點(diǎn)是設備小，模具壽命高[5,6]。所以楔橫軋是鍛造技術(shù)的發(fā)展，是一種塑性成形的新技術(shù)。

　　早在19世紀，人們就試圖用楔橫軋的加工方法加工軸類(lèi)零件，但是由于此時(shí)楔橫軋在技術(shù)上的局限性，一直都未應用于實(shí)踐。一直到了1961年時(shí)，捷克斯洛伐克的特瑞汽車(chē)制造廠(chǎng)研究人員Jiri Holub發(fā)表了關(guān)于楔橫軋的專(zhuān)利，楔橫軋才作為一種新形零件成形工藝被世界所關(guān)注[7,8]。Jiri Holub在自己設計的軋機上對幾種不同的典型軸類(lèi)零件進(jìn)行了實(shí)驗研究，研究結果不僅可以軋制出帶有直角的臺階，還可以對錐角臺階、弧形臺階、窄槽臺階進(jìn)行軋制。并且零件過(guò)渡處的圓角、尖棱尖角也可以軋制出來(lái)。本實(shí)驗充分證明了，楔橫軋生產(chǎn)效率高、材料利用率大，與傳統的切削相比，產(chǎn)品在綜合機械性能方面有了大幅度的提高。

　　1962年，東德開(kāi)始對楔橫軋進(jìn)行研究，于1965年研制成板式軋機，1967年UWQ80軋機設計制造成功[9]。60年代，日本三棱重工、原蘇聯(lián)也開(kāi)始對楔橫軋進(jìn)行研究，分別制造出MCR、ACK型二輥楔橫軋機。原蘇聯(lián)在70年代的時(shí)候開(kāi)始對空心軸類(lèi)零件的楔橫軋工藝進(jìn)行研究，終于在70年代末生產(chǎn)出空心機軸。并且在80年代初，利用冷溫楔橫軋工藝生產(chǎn)370多種零件[9]。70年代時(shí)期，在日本楔橫軋工藝已經(jīng)有了廣泛應用。1971年開(kāi)始，汽車(chē)的傳動(dòng)軸就有用楔橫軋工藝進(jìn)行生產(chǎn)的，到1980年為止，已經(jīng)有10多種產(chǎn)品可以用楔橫軋生產(chǎn)。在1976年，日本佐藤公司引進(jìn)原東德Erfurt公司的楔橫軋模鍛自行車(chē)曲柄生產(chǎn)線(xiàn)，于是就誕生了汽車(chē)齒輪軸用楔橫軋方法生產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)。于此同時(shí)，楔橫軋聯(lián)合工藝也應用于生產(chǎn)各種軸類(lèi)零件，生產(chǎn)效率得到了明顯的提高[10]。

　　我國早在50年代就開(kāi)始了楔橫軋的探討和試驗。重慶大學(xué)在1963年開(kāi)始對汽車(chē)球頭銷(xiāo)進(jìn)行楔橫軋試驗的工作，到1970年的時(shí)候取得了初步的成功。在1974年，東北工學(xué)院對鐵路車(chē)輛貨車(chē)的D軸進(jìn)行三輥楔橫軋研究，用了5年的時(shí)間終于軋出了合格的產(chǎn)品零件。清華大學(xué)軋出了“127”尖嘴鉗的毛坯，該工作是在一臺二輥的楔橫軋機上進(jìn)行的，并且經(jīng)過(guò)多年的試驗終于使得該產(chǎn)品達到了生產(chǎn)水平要求。上海鍛壓機床三廠(chǎng)應用單輥弧式的楔橫軋機，建立了鯉魚(yú)鉗的軋制生產(chǎn)線(xiàn)，首次將楔橫軋技術(shù)在國內大量用于生產(chǎn)[11]。

　　70年代北京科技大學(xué)一直在對楔橫軋進(jìn)行研究探索，期間分別與北京齒輪廠(chǎng)、803廠(chǎng)合作，采用楔橫軋工藝，成功軋制出汽車(chē)減速箱二軸毛坯和100滑甲彈彈體[9]。

　　并且在1979年，與無(wú)錫紅雷工具廠(chǎng)一起研發(fā)了用楔橫軋技術(shù)生產(chǎn)木鑿毛坯，并為此設計了一臺軋機，在1980年的時(shí)候投入生產(chǎn)。從此我國誕生了將輥式楔橫軋機應用于大量實(shí)際生產(chǎn)的單位。進(jìn)入80年代，北京科技大學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際相結合，先后研究出了各種楔橫軋工件，推動(dòng)了該技術(shù)的大力發(fā)展[12]。近幾年楔橫軋技術(shù)日益成熟，該技術(shù)已被大多數國家全面掌握。同時(shí)伴隨著(zhù)該技術(shù)的應用與推廣，大量的楔橫軋產(chǎn)品不斷涌現，加工范圍也日益擴大。

　　在70年代中期，外國就對楔橫軋模具CAD/CAM有了研究，MOCKEL用BASIC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一套在ROBOTRON個(gè)人PC機和工作站都可以運行的楔橫軋模具CAD系統。同時(shí)，前蘇聯(lián)用FORTRAN也開(kāi)發(fā)了一套CAD系統，此系統沒(méi)有圖形功能，但是可以實(shí)現楔橫軋模具的參數化設計[13,14]。

　　90年代初，英國伯明翰大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一套楔橫軋模具CAD/CAM系統，該系統在分類(lèi)編碼系統的基礎上把模具沿長(cháng)度方向分為兩類(lèi)：對稱(chēng)和非對稱(chēng)。用戶(hù)可以應用系統的程序包對已經(jīng)給的幾何圖形生產(chǎn)一個(gè)相近的模具，并且模具設計數據可以加載到數控機床上進(jìn)行模具加工，其不足處是該系統只可用于平板式楔橫軋模具[15]。

　　國內對楔橫軋模具CAD/CAM的研究于1987年北京科技大學(xué)開(kāi)始，首次對楔橫軋孔型作了探討，在計算機上用節點(diǎn)法描述楔橫軋軋件模型[16]。以此為基礎，在1989年成建新對楔橫軋模具CAD作了更深一層次的研究，建立了經(jīng)常用到的楔橫軋軋件數學(xué)模型和楔的計算機模型，此系統可以處理十幾種楔的基本形式[17]。

　　1988年，袁偉對軋制雙階梯軸類(lèi)件的三輥楔橫軋模具進(jìn)行研究，包括計算機程序設計、以Fortran語(yǔ)言為工具進(jìn)行了全套設計、用Basic程序進(jìn)行了繪圖命令文件的生成、并且可以打印出計算結果和圖紙[18]。接著(zhù)，任廣升等建立了對稱(chēng)軋件的二輥楔橫軋模具CAD系統，該系統可以繪制軋件圖、計算坯料參數、選擇和校核軋機、完成模具圖和模具周向位置的剖面圖的設計和計算及繪制軋齊曲線(xiàn)[19]。

　　1992年，楔橫軋模具孔型圖形的層次結構概念首次被王寶雨博士提出，把復雜模具孔型拆分為簡(jiǎn)單的、單個(gè)的基本楔形。并且綜合分析了大量的楔橫軋模具孔型，最終確定了三種基本楔形，把他們作為基本楔形來(lái)構造楔橫軋模具圖形。并且開(kāi)發(fā)出應用于實(shí)際的楔橫軋模具CWRTCAD系統，該系統是在三維投影變換的數學(xué)模型基礎上建立起來(lái)的，而且是第一個(gè)應用于生產(chǎn)實(shí)際的楔橫軋模具CAD系統[20]。

　　2002年，楊宏青、王寶雨等人對楔橫軋模具CAD/CAPP集成化信息模型進(jìn)行研究，提出了基于特征的楔橫軋模具CAD/CAPP集成化信息模型建模方法，并且應用該研究對一典型對稱(chēng)模具進(jìn)行分析，結果顯示此特征信息模型不僅能清楚地反映模具的基本組成，還能確切的對楔橫軋模具的加工工藝信息進(jìn)行完整的描述。

　　在2004年的時(shí)候，他們又對楔橫軋模具CAD/CAPP/CAM集成系統進(jìn)行了研究，詳細的介紹了楔橫軋模具CAD/CAPP/CAM集成系統開(kāi)發(fā)的總體思想以及各個(gè)模塊的開(kāi)發(fā)機制。用特征技術(shù)構造不同模塊間的模具特征信息模型，使得模具信息可以在不同的狀態(tài)空間進(jìn)行轉換和傳遞，完成整體系統的信息集成[21,22]。

　　2006年，林永明、王寶雨等人對楔橫軋模具的一種數控加工方法進(jìn)行研究，針對楔橫軋模具的結構特征和數控加工特點(diǎn)，提出了一種新的加工方法即無(wú)軸向導程加工，并且闡述了該加工方法的特點(diǎn)，把該加工方法的效率和傳統數控加工進(jìn)行比較，得出該方法大大的提高了加工效率[23]。

楔橫軋模具CAD/CAM系統開(kāi)發(fā)：

系統主界面

開(kāi)發(fā)后的 Pro/E 主界面

非對稱(chēng)細長(cháng)軸楔橫軋模具工程圖

選取要輸入的模具參數界面

模具基體參數輸入界面

模具槽參數輸入界面

模具楔參數輸入界面

模具幾何參數顯示界面

模具幾何模型

目 錄

　　摘 要
　　ABSTRACT
　　第 1 章 緒論
　　　　1.1 課題背景及研究的目的和意義
　　　　1.2 楔橫軋技術(shù)及研究現狀
　　　　1.3 楔橫軋模具 CAD/CAM 研究現狀
　　　　1.4 CAD/ CAM 技術(shù)及研究現狀
　　　　1.5 論文研究?jì)热?br /> 　　第 2 章 楔橫軋模具參數選取及設計
　　　　2.1 楔橫軋模具設計原則
　　　　　　2.1.1 對稱(chēng)軸類(lèi)件楔橫軋模具設計原則
　　　　　　2.1.2 非對稱(chēng)軸類(lèi)件楔橫軋模具設計原則
　　　　2.2 模具設計
　　　　　　2.2.1 毛坯與坯料的確定
　　　　　　2.2.2 模具結構參數的選取
　　　　　　2.2.3 模具楔的設計
　　　　　　2.2.4 旋轉條件判斷
　　　　2.3 本章小結
　　第 3 章 基于特征的楔橫軋模具參數化建模
　　　　3.1 特征的概念
　　　　3.2 模具特征分類(lèi)及結構
　　　　　　3.2.1 模具從幾何特征角度分類(lèi)
　　　　　　3.2.2 模具從系統集成角度分類(lèi)
　　　　　　3.2.3 模具形狀特征分類(lèi)及層次結構
　　　　3.3 模具的特征建模
　　　　　　3.3.1 模具特征信息模型
　　　　　　3.3.2 模具特征建模成形分析
　　　　　　3.3.3 模具信息的定義及存儲
　　　　　　3.3.4 參數化特征建模的生成
　　　　3.4 模具特征建模系統結構設計
　　　　3.5 本章小結
　　第 4 章 楔橫軋模具數控加工工藝分析
　　　　4.1 模具數控加工工藝的制定
　　　　　　4.1.1 數控機床的選擇
　　　　　　4.1.2 夾具及裝夾方案的確定
　　　　　　4.1.3 對刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選取
　　　　　　4.1.4 刀具的選擇
　　　　　　4.1.5 切削用量的確定原則
　　　　　　4.1.6 工步劃分及排序
　　　　4.2 模具數控程序的編制
　　　　　　4.2.1 槽加工走刀路線(xiàn)
　　　　　　4.2.2 楔特征加工走刀路線(xiàn)
　　　　　　4.2.3 生成數控代碼功能的實(shí)現
　　　　4.3 模具 CAPP 模塊系統的結構設計
　　　　4.4 本章小結
　　第 5 章 楔橫軋模具 CAD/CAM 系統的開(kāi)發(fā)
　　　　5.1 系統開(kāi)發(fā)環(huán)境及平臺
　　　　　　5.1.1 系統運行的軟硬件環(huán)境
　　　　　　5.1.2 系統總體設計平臺
　　　　5.2 系統功能簡(jiǎn)介
　　　　5.3 系統的使用
　　　　　　5.3.1 CAD 模塊的使用
　　　　　　5.3.2 CAPP 模塊的使用
　　　　　　5.3.3 CAM 模塊的使用
　　　　5.4 本章小結
　　結 論
　　參考文獻