（蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

隨著計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外許多商業(yè)化的CADCAM 軟件都能實現(xiàn)針對零件三維模型的自動編程，但這些軟件價格昂貴，又需要長時間的專門學(xué)習(xí)才能熟練掌握，對于造型相對簡單、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較低的軸類零件來講，使用的意義并不是很大。中小企業(yè)常常要面對小批量甚至單件零件的數(shù)控加工，而手動編程效率低下且出錯率高，并不能完全適合靈活多變的加工過程。這就需要一種操作簡單、能夠直接通過軸類零件二維模型直接生成NC 程序的自動編程軟件，方便工程人員使用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所述的軸類零件自動編程系統(tǒng)通過調(diào)用自行開發(fā)的零件基本特征二維圖形庫生成零件圖形。在分析零件各部分幾何參數(shù)和加工信息的基礎(chǔ)上使用人機(jī)交互輸入加工工藝參數(shù)的方式生成刀位軌跡，由系統(tǒng)自動生成數(shù)控加工程序。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由參數(shù)化圖形繪制模塊、工藝數(shù)據(jù)庫、工藝信息人機(jī)交互模塊、NC 代碼生成模塊、數(shù)據(jù)文件管理模塊等五部分構(gòu)成。

3 各模塊的結(jié)構(gòu)及其功能

3.1 參數(shù)化圖形繪制模塊

本模塊主要通過調(diào)用二維圖形庫中的圖形數(shù)據(jù)文件并給定其幾何參數(shù)生成軸類零件二維圖形。通過對典型軸類零件進(jìn)行分析，可將軸類零件分解為表1 所示的幾個最基本特征類型。生成零件圖形時可以直接調(diào)用二維圖形庫中的基本特征，通過分段疊加的方式依次輸入各部分參數(shù)，最終形成二維圖形。為了簡化圖形生成過程，對于一些具有固定特征組合的軸類零件，可以事先建立不同特征組合的零件模型，通過修改參數(shù)的方式得到準(zhǔn)確的零件圖形。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)數(shù)控車床的特點(diǎn)，在輸入軸類零件圖形時，要指定各部分特征在數(shù)控車床主軸Z 軸方向上的定位坐標(biāo)，這樣就可以方便的解決零件在疊加時的結(jié)構(gòu)銜接問題。

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3.2 工藝數(shù)據(jù)庫模塊

用于存儲機(jī)床、夾具、刀具、工件材料、切削參數(shù)等信息。由于軸類零件加工機(jī)床和夾具選擇較為單一，所以本模塊主要由刀具參數(shù)庫和切削參數(shù)庫兩部分組成。

在數(shù)控車削軸類零件時，可以按照其加工工藝特點(diǎn)將車削工藝過程分解為外圓車削、端面車削、螺紋車削和切槽切斷等基本工步，每個工步具有共同的加工對象表面、刀具、切削速度和進(jìn)給量等參數(shù)，這就為系統(tǒng)設(shè)置工藝路線提供了基礎(chǔ)。在繪制零件二維圖形時，為不同的特征預(yù)設(shè)加工工藝參數(shù)。零件圖形繪制完成后，通過系統(tǒng)自帶的工序合并功能，將具有同類加工參數(shù)的工藝過程合并為同一個工步（區(qū)分粗加工和精加工），提供給后置處理模塊使用。

3.3 工藝信息人機(jī)交互模塊

通過人機(jī)交互輸入過程，用戶可以對已經(jīng)輸入完成并顯示在系統(tǒng)界面上的工藝信息進(jìn)行校對檢查，并由系統(tǒng)提供修改、添加和刪除相關(guān)數(shù)據(jù)的功能。

3.4 刀位軌跡和NC 代碼的自動生成模塊

自動生成刀位軌跡的核心問題是準(zhǔn)確判斷零件的輪廓。在本系統(tǒng)中，基于二維圖形的參數(shù)化繪制過程，可在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)各個特征的邊界線（包括直線和圓?。榱慵跏纪廨喞€，此時讀取輸入的幾何參數(shù)值并記錄外輪廓上各個特征點(diǎn)的X、Z 坐標(biāo)。由于各個基本特征二維圖形中平行于X 軸方向的輪廓線均為直線（其實質(zhì)為平面的投影），所以只記錄沿Z 方向輪廓線的特征點(diǎn)和幾何參數(shù)，如表2 所示為圓柱特征的輪廓線定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

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同理，對于其他構(gòu)成零件輪廓的基本特征都可以列出其輪廓線上的特征點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)系統(tǒng)判斷并自動剔除疊加后坐標(biāo)段重合的輪廓部分（主要是X 方向的各條輪廓線的重合部分），就可以判斷零件的實際加工輪廓。

在此基礎(chǔ)上，由系統(tǒng)對已處理完成的零件外輪廓和通過工藝數(shù)據(jù)庫提供的刀具信息、切削用量參數(shù)如起刀點(diǎn)、背吃刀量、切削余量、換刀點(diǎn)、退刀點(diǎn)等來計算刀具運(yùn)動軌跡上的各個特征節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，最終生成刀位軌跡文件。

圖2 NC 程序生成流程框圖

通過已經(jīng)生成的刀位軌跡文件，經(jīng)系統(tǒng)后置處理可以方便的生成零件NC 程序：通過對刀位軌跡進(jìn)行逐段“翻譯”，根據(jù)不同加工位置特征生成對應(yīng)的G 代碼，根據(jù)對應(yīng)位置已記錄的刀具軌跡定位點(diǎn)插入坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)前機(jī)床加工狀態(tài)生成F、S、T 代碼和開、關(guān)切削液啟停機(jī)床等輔助功能指令，最終生成完整的數(shù)控加工程序。NC 代碼自動生成的具體實現(xiàn)過程如圖2 所示。本模塊帶有數(shù)控指令語法檢查和刀具軌跡模擬功能，可以主動的發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤和刀具加工干涉情況并進(jìn)行提示。

3.5 數(shù)據(jù)文件管理模塊

本模塊主要是用來管理和編輯系統(tǒng)輸出的程序文件。通過人機(jī)交互的方式查看、修改、存儲和傳遞生成的NC 程序，便于用戶對程序進(jìn)行檢查和修改。

結(jié)語

本系統(tǒng)通過用戶熟悉的零件基本特征生成軸類零件二位圖形，使用方便；使用人機(jī)交互參數(shù)檢查減少了出錯率；能夠自動分析刀具軌跡生成NC 程序，方便了計算機(jī)和數(shù)控機(jī)床聯(lián)機(jī)加工，能夠滿足常用軸類零件數(shù)控車削編程的需要。

[1]王芳，王琨琦.特征技術(shù)在數(shù)控圖形自動編程系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2001，21(4):322.

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[3]劉軍，高曉莉，馬燕如等.軸類零件NC 自動編程及加工仿真系統(tǒng)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2007(5):82-83.