I-DEAS 10 NX Series软件是美国UGS公司推出的一套包含计算机辅助设计、制造和工程分析（CAD/CAM/CAE）的集成软件系统，模块众多，功能强大。软件采用了主模型技术和当今CAD领域最先进的变量化造型系统，为企业新产品开发提供了完整的解决方案和强有力的技术支持。自从许昌烟草机械有限责任公司1998年购置I-DEAS软件以来，它就在烟机新产品开发的各个阶段得到了广泛的应用，极大地提高了产品质量，缩短了产品开发周期，创造了很好的经济效益。创成式加工（Generative Machining）是I-DEAS软件集成的加工模块，该模块提供了2.5～3轴铣削加工，4～5轴点位加工和车削加工，每种加工方式有多种加工策略供选择。创成式加工不仅可以直接加工由I-DEAS软件造型(Master modeler)模块设计的曲线、曲面和实体，而且可以对通过数据接口导入的其他CAD系统生成的零件进行NC编程。编程人员根据工件的特点，通过选择加工方式，制定加工策略，生成刀具路径，再通过软件提供的C-Post通用后置处理程序对生成的刀具路径编译，得到针对不同数控机床控制系统的加工程序，加工程序再通过DNC程序传输软件传输到数控机床进行加工，最终得到设计的零件。利用I-DEAS软件提供的强大功能，我们对卷烟机上使用的多种异型件进行了三维造型，设计了刀具路径，生成了加工程序，并在车间从瑞士进口的VCP1000高速铣床上试制成功。下面是我们利用I-DEAS软件解决平面凸轮槽加工难题的例子，写出来与大家交流。
一、问题的提出
我厂P70卷烟机有种平面凸轮槽零件，如图１所示。
图１ P70卷烟机的平面凸轮槽零件
其中滚子中心轨迹由极坐标给出，图纸要求滚子在凸轮槽中运动光滑流畅，但是图纸中只给出了36个点的坐标，相当于每隔10°有一个坐标点，由于间隔过大，这些点不能准确地表达出凸轮滚子运动的规律，使加工无法进行。
二、问题的解决过程
1.失败的尝试
根据以往的经验，解决轮廓控制点间隔过大的问题需要在这36个坐标点之间插值进行细化，但是通过计算发现，如果保证两个插值点之间间距约0.5mm时，就要插入近400个点，计算量很大，而且无法确定点与点之间的插值方式，通过手工计算是很难完成插值的。为此，我们利用MasterCAM软件采集了近400个坐标点。以下是操作的简要过程。
(1)构造凸轮轮廓
通过构造点的方式将36个坐标点输入，再使用Spline(样条)曲线将输入的36个点串连起来，结果如图2所示。
图2 输入凸轮轮廓
(2)创建二维轮廓刀具路径
点击TooLpaths刀具路径创建按钮，选择Contour二维轮廓刀具路径，选择图2所示的串连并确定，软件弹出加工参数设置对话框，选择Φ10mm刀具，并设置轮廓参数如图3所示。
图3 设置轮廓参数
(3)得到插值点
生成轮廓刀具路径，并进行后置处理得到刀具中心在轮廓上的加工程序，从而得到将近400个凸轮滚子中心运动轨迹上的插值点。所生成的加工程序，如图4所示。
图4 所生成的加工程序
利用上述方法得到的插值点，我们编制了数控程序，并在车间VCP1000高速铣上试用，一个新的问题出现了：由图1可知，凸轮槽槽宽Φ22+0.05，尺寸要求严，如果直接利用Φ22刀具加工，无法达到图纸精度要求。因此，我们原定加工方案是利用Φ16机夹刀粗铣型腔，再使用Φ16侧精刃铣刀并利用数控装置的半径补偿功能精加工凸轮轨道面。但是由于坐标点数过密造成刀具过切，使得刀具补偿功能无法使用，机床拒绝执行程序，使得加工无法进行。针对这一问题，我们仔细分析了解题思路，认为在上面的解题过程中，思路过于僵化、简单，看到图纸中描述凸轮滚子中心线轨迹坐标点数不足，只习惯性的想到插值进行细化，未考虑整个加工过程，结果使问题陷入僵局。
2.问题的解决
这里，我们想到了I-DEAS软件。为何不用I-DEAS软件强大的造型和加工功能去解决凸轮槽的加工难题呢？思路正确了，问题也就解决了。下面是利用I-DEAS软件加工凸轮槽的简要过程。
(1)建立基础实体
起动I-DEAS，进入软件造型模块，在任务命令菜单区选择图形按钮，在软件默认绘图平面原点画Φ220圆，选择拉伸命令按钮，点击Φ220圆形作为截面拉伸30mm，生成如图5所示的基础实体。
图5 生成基础实体
(2)建立凸轮槽三维模型
点击任务命令菜单区按钮，选择图5所示的A面作为绘图平面，选择图形按钮，在绘图平面上Φ220圆的圆心处建立参考坐标系，选择建立参考点命令按钮，将描述凸轮滚子中心轨迹的36个坐标点依次输入，得到36个参考点，点击样条曲线绘制按钮，将36个参考点光滑连接起来，建立凸轮滚子中心轨迹线，选择偏移功能按钮将这条轨迹线向两侧各偏移11mm，点击实体拉伸特征生成按钮，选择通过偏移得到的两条曲线作为截面，在基础实体上切除材料得到凸轮槽特征。然后通过类似方法创建工件的其他特征，最终得到的工件实体模型如图6所示。
图6 所生成的实体模型
(3)建立凸轮槽粗加工刀具路径
在I-DEAS软件窗口右上角的任务列表区选择创成式加工(Generative Machining)任务，如图7所示。软件进入创成式加工环境，任务图标菜单区的功能按钮将有所变化，而且，在造型模块中建立的平面凸轮槽工件将直接带入加工模块。点击图标按钮，建立加工任务，点击图标按钮，选择凸轮槽实体模型，建立加工对象。点击建立新操作图标按钮，打开操作选择对话框，选择型腔铣(Volume Clear)加工方式，如图8所示，点击Create按钮，打开操作设置对话框，如图9所示。
图7 任务选择对话框
图8 操作选择对话框
图9 操作设置对话框
通过对图9中各项目的设置，最后得到凸轮槽型腔粗加工的刀具路径如图10所示。
图10 粗加工的刀具路径
(4)建立凸轮槽侧面精加工刀具路径
点击建立新操作图标按钮，打开操作选择对话框，选择轮廓铣(Profile)加工方式，如图11所示。点击Create按钮，打开操作设置对话框，如图9所示。
图11 操作选择对话框
通过对图9中各项目的设置，最后得到凸轮槽侧面滚子轨道面精加工的刀具路径如图12所示。
图12精加工的刀具路径
(5)后置处理，生成数控机床加工程序
先后选择和图标按钮，分别生成凸轮槽粗、精加工操作的中性刀位文件和针对 Mikron（米克朗）高速机床上使用的HeidenHain（海德汉）控制系统的数控加工程序，程序文件如图13所示。将程序在机床上试用后，加工得到的凸轮槽表面光滑圆顺，滚子在槽中移动流畅，没有冲击感，性能指标完全满足使用要求，平面凸轮槽加工难题得到圆满解决。
图13 最终生成的加工程序
三、结束语
平面凸轮槽加工难题的解决过程告诉我们，在利用数控机床进行加工时，要积极开阔思路，能够从不同的角度去分析问题的解决方法，同时，深入学习CAD/CAM软件的功能，扩大辅助软件在工作中的应用范围，而且能够利用工具软件之间的不同点，取长补短，联合使用去解决实际遇到的难题。
