李友松 張 琳

（西安建筑科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

數(shù)控車床適用于加工具有回轉(zhuǎn)體表面的零件。對(duì)于簡單的回轉(zhuǎn)體零件，一般采用手工編程方式，但一些相對(duì)復(fù)雜的曲線，如橢圓、拋物線等非圓二次曲線的輪廓，手工編程則需要利用宏程序，工作效率較低。這類零件的程序編制一般選擇自動(dòng)編程來實(shí)現(xiàn)，既能提高數(shù)控車削精度又能提高編程效率。

自動(dòng)編程就是利用計(jì)算機(jī)專用軟件編制數(shù)控加工程序的過程。CAXA數(shù)控車是我國自主研發(fā)的一款集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)于一體的數(shù)控車床專用軟件，具有零件二維輪廓建模、刀具路徑模擬、切削驗(yàn)證加工和后置代碼生成等功能。在該軟件的支持下，我們可以較好地解決曲線零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造問題。

1 零件的設(shè)計(jì)與制造

在CAXA數(shù)控車中，零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造分4個(gè)步驟：

（1）根據(jù)零件的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行零件二維輪廓造型設(shè)計(jì)；（2）根據(jù)加工所用的車床及數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)置車床參數(shù)；（3）定義加工參數(shù)，生成刀路軌跡圖，進(jìn)行加工軌跡仿真；（4）對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)加工結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。如符合設(shè)計(jì)要求，則根據(jù)加工軌跡直接生成具體數(shù)控車床用加工程序（G代碼）；如不符合設(shè)計(jì)要求，則返回第（1）步或第（2）步，重新進(jìn)行輪廓設(shè)計(jì)或加工定義，直到滿足設(shè)計(jì)要求。零件的設(shè)計(jì)與制造流程如圖1：

圖1 零件的設(shè)計(jì)與制造流程

2 零件的輪廓造型設(shè)計(jì)

2.1 坐標(biāo)系的使用

CAXA數(shù)控車中一般使用的是絕對(duì)直角坐標(biāo)。機(jī)床坐標(biāo)系Z軸相當(dāng)于絕對(duì)坐標(biāo)系X軸，機(jī)床坐標(biāo)系X軸相當(dāng)于絕對(duì)坐標(biāo)系Y軸。

2.2 曲線零件的輪廓造型

CAXA數(shù)控車提供了較強(qiáng)的二維平面造型功能。各種應(yīng)用功能通過菜單條和工具條驅(qū)動(dòng)；狀態(tài)條指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作并提示當(dāng)前狀態(tài)和所處位置；繪圖區(qū)顯示各種繪圖操作的結(jié)果；同時(shí)繪圖區(qū)和參數(shù)欄為用戶實(shí)現(xiàn)各種功能提供數(shù)據(jù)的交互。具體做法簡介如下：

（1）選取XY平面為基準(zhǔn)平面，確定基準(zhǔn)點(diǎn)。

（2）利用菜單條和工具條的編輯功能，繪制草圖，并確定其封閉。

3 設(shè)置機(jī)床參數(shù)

機(jī)床設(shè)置就是針對(duì)不同的機(jī)床、不同的數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)置特定的數(shù)控代碼、數(shù)控格式及參數(shù)，并生成配置文件。生成數(shù)控程序時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)該配置文件的定義生成用戶所需要的特定代碼格式的加工指令。

通過設(shè)置系統(tǒng)配置參數(shù)，后置處理生成的數(shù)控程序可以直接輸入數(shù)控機(jī)床或加工中心進(jìn)行加工，而無需進(jìn)行修改。如果已有的機(jī)床類型中沒有所需的機(jī)床，可增加新的機(jī)床類型以滿足使用要求，并可對(duì)新增的機(jī)床進(jìn)行設(shè)置。

機(jī)床參數(shù)配置包括主軸控制、數(shù)值插補(bǔ)方法、補(bǔ)償方式、冷卻控制、程序起停及程序首尾控制符等。

4 零件的加工仿真

4.1 定義刀具參數(shù)

根據(jù)零件形狀及加工要求，定義零件加工所用刀具。包括刀具半徑、刀刃半徑、刀桿長度等參數(shù)。在“應(yīng)用”菜單下“數(shù)控車”子菜單區(qū)選取“刀具管理”菜單項(xiàng)，系統(tǒng)彈出刀具庫管理對(duì)話框，可按自己的需求添加新的刀具、對(duì)已有的刀具參數(shù)進(jìn)行修改、更換使用當(dāng)前刀等。

4.2 生成刀路圖模擬加工

零件加工軌跡圖指的是刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，是生成數(shù)控機(jī)床加工代碼的前提，包括加工方式、切削用量等參數(shù)的確定。零件加工軌跡定義的好壞直接影響到零件的加工質(zhì)量。可采用如下方法對(duì)曲線進(jìn)行加工軌跡定義。

（1）輪廓粗車。該功能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工件外輪廓表面、內(nèi)輪廓表面和端面的粗加工，用來快速清除毛坯的多余部分。

（2）輪廓精車。實(shí)現(xiàn)對(duì)工件外輪廓表面、內(nèi)輪廓表面和端面的精加工。做輪廓精車是要確定被加工輪廓，即加工結(jié)束后的工件表面輪廓，被加工輪廓不能閉合或自相交。

（3）加工軌跡仿真模擬。拾取加工輪廓及毛坯輪廓，確定進(jìn)退刀點(diǎn)生成刀路圖，選擇刀路確定后進(jìn)行模擬加工。

5 后置處理

圖2 工藝品葫蘆輪廓

按照當(dāng)前機(jī)床類型的配置要求，把已生成的加工軌跡轉(zhuǎn)化為G代碼數(shù)據(jù)文件，即CNC數(shù)控程序。生成實(shí)際加工用的G代碼后，在數(shù)控車床和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的前提下，分別在數(shù)控車床和計(jì)算機(jī)上將兩者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ崊f(xié)議設(shè)置好后，就可以進(jìn)行實(shí)際加工了。

6 實(shí)例

（1）工藝品葫蘆的輪廓設(shè)計(jì)。根據(jù)要求用CAXA數(shù)控車軟件將工藝品葫蘆輪廓繪出，如圖2

（2）設(shè)置車床參數(shù)。根據(jù)實(shí)際機(jī)床型號(hào)類型，將車床選為華中數(shù)控。并配置主軸控制、數(shù)值插補(bǔ)方法、補(bǔ)償方式、冷卻控制、程序起停及程序首尾控制符機(jī)床參數(shù)等。

（3）葫蘆的加工仿真。根據(jù)葫蘆的形狀，選擇加工所用刀具為外輪廓車刀。刀具前角80.000，刀具后角50.000。使用輪廓粗加工方式，拾取加工輪廓及毛坯輪廓，確定進(jìn)退刀點(diǎn)生成刀路圖，選擇刀路確定后進(jìn)行模擬加工。

（4）后置處理。按照華中數(shù)控車床的配置要求，把已生成的加工軌跡轉(zhuǎn)化為G代碼數(shù)據(jù)文件，部分如下：

結(jié)語

在數(shù)控編程中，對(duì)于具有復(fù)雜曲面的回轉(zhuǎn)體零件，利用CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行輪廓設(shè)計(jì)、仿真模擬，到最終生成程序代碼的自動(dòng)編程可以突破手工編程的局限性，避免手工編程時(shí)繁瑣的節(jié)點(diǎn)計(jì)算工作，提高工作效率及質(zhì)量。

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