基于CAXA數(shù)控車(chē)雙曲線軸類(lèi)零件的自動(dòng)編程加工

陳銀++黃俞淇

摘 要：本文介紹利用CAXA數(shù)控車(chē)對(duì)雙曲線零件進(jìn)行自動(dòng)編程，即“零件造型，工藝分析，設(shè)定刀具軌跡，設(shè)置切削參數(shù)，路徑仿真，實(shí)體切削”的過(guò)程，與傳統(tǒng)的手工編程方法相比，利用CAXA數(shù)控車(chē)軟件對(duì)復(fù)雜零件，尤其是對(duì)非圓曲線類(lèi)零件有其方便快捷的方法。一方面縮短了傳統(tǒng)手工編程對(duì)于復(fù)雜零件調(diào)試程序的時(shí)間，使真正實(shí)現(xiàn)CNC變得可行；另一方面可以即時(shí)更改參數(shù)優(yōu)化刀路，對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義

關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)；自動(dòng)編程；雙曲線

0 引言

CAXA作為國(guó)內(nèi)CAD/CAM軟件的先驅(qū)者，經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。與其他國(guó)外軟件相比，其特點(diǎn)更加鮮明，其強(qiáng)大的繪圖功能更加方便快捷，易于上手，其完善的外部接口也兼容多種數(shù)據(jù)形式，如STL、IGS、DXF等，便于與其他通用軟件交換數(shù)據(jù)。CAXA數(shù)控車(chē)可根據(jù)工藝要求生成多種加工軌跡，并提供了開(kāi)放式的后置處理模塊，滿(mǎn)足各種數(shù)控加工系統(tǒng)，并可完成平面刀路的軌跡仿真和實(shí)體切削模擬。

1 雙曲線分析

定義1：平面內(nèi)與兩定點(diǎn)F1，F(xiàn)2的距離之差的絕對(duì)值等于常數(shù)c、小于|F1F2|的點(diǎn)的軌跡稱(chēng)為雙曲線。

定義2：平面內(nèi)到給定一點(diǎn)及一直線的距離之比大于1且為常數(shù)的動(dòng)點(diǎn)的軌跡稱(chēng)為雙曲線，如圖1所示。在XY平面內(nèi)，雙曲線的各點(diǎn)坐標(biāo)之間呈規(guī)律變化，可用雙曲線的方程表示為：

2案例分析

2.1 零件圖分析

如圖2所示，該軸類(lèi)零件的輪廓由常規(guī)線段和非圓曲線——雙曲線輪廓組成，零件編程的難點(diǎn)在于雙曲線輪廓部分的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算，用常規(guī)的方法計(jì)算量比較大，若采用手工編程，則雙曲線的各點(diǎn)計(jì)算非常復(fù)雜，若用宏變量編程，對(duì)編程者和數(shù)控系統(tǒng)的要求又特別高，這時(shí)可借助計(jì)算機(jī)軟件繪圖，比如CAXA數(shù)控車(chē)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 加工工藝分析

根據(jù)零件圖紙和加工要求，確定加工工藝。CAD/CAM軟件只能根據(jù)操作人員的加工工藝生成相應(yīng)的程序，所以工藝部分還是要由操作人員來(lái)確定。首先安排合理的加工工序，確定工序和工步。然后在CAXA數(shù)控車(chē)軟件中選擇合理的刀具，設(shè)置相應(yīng)的加工參數(shù)。最后再選擇加工方案，生成加工路線和刀具軌跡。再根據(jù)仿真、試切、優(yōu)化調(diào)整，最后確定最佳的加工工藝。

2.2.1 選擇毛坯，確定裝夾

根據(jù)零件圖和工藝分析，選擇毛坯為Φ38mm×75mm的圓棒料，材料為鋁2a12。該零件為常規(guī)軸類(lèi)零件，使用通用夾具——三爪卡盤(pán)夾緊工件即可，并且保證軸的伸出長(zhǎng)度略大于60mm。單件加工可設(shè)定工件的右端點(diǎn)為工件原點(diǎn)建立編程坐標(biāo)系，批量生產(chǎn)為避免重復(fù)的對(duì)刀過(guò)程，可選擇固定的夾具確定左端為零件加工原點(diǎn)。

2.2.2 刀具選擇及切削參數(shù)設(shè)定

根據(jù)該零件輪廓的特點(diǎn)，由于其特殊輪廓曲線的加工要求，粗加工選擇93度主偏角，80度刀尖角的外圓車(chē)刀，粗加工選擇95度主偏角。35度刀尖的外圓車(chē)削，切削用量參照表1所示。

2.3 毛坯及外輪廓的繪制

在CAXA數(shù)控車(chē)軟件中，建立零件加工輪廓模型，只需繪制所要加工對(duì)象的輪廓和毛坯輪廓即可，無(wú)需繪出多余的線框，而且對(duì)于軸類(lèi)零件，只需繪制單邊輪廓即可。輪廓的建模可以通過(guò)在CAXA數(shù)控車(chē)床軟件中直接繪制，也可以通過(guò)其他CAD/CAM軟件繪制，如CAD軟件的dwg、dxf文件的導(dǎo)入來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也兼容CAD/CAM軟件的通用格式igs。無(wú)論是采用直接繪圖還是間接導(dǎo)入的方式，都不需要畫(huà)出完整的零件圖，只需繪出毛坯輪廓和被加工輪廓部分即可，本例直接按照零件圖尺寸繪制外輪廓和毛坯，如圖3所示。

2.4 CAXA自動(dòng)編程

2.4.1 零件粗加工

根據(jù)加工工藝中“先粗后精，先內(nèi)后外，先主后次，先近后遠(yuǎn)”的加工原則，本例沒(méi)有內(nèi)孔加工部分，故首先對(duì)零件的外輪廓進(jìn)行粗加工。點(diǎn)擊CAXA數(shù)控車(chē)工具欄上的【輪廓粗車(chē)】圖標(biāo)，根據(jù)加工要求填寫(xiě)各項(xiàng)切削用量、進(jìn)退刀方式、加工參數(shù)等。在設(shè)置刀具的時(shí)候，按加工工藝表設(shè)置好外圓車(chē)刀名稱(chēng)，刀號(hào)，主偏角，副偏角，刀尖角等參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際刀具設(shè)置好刀尖圓弧半徑，以及是否軟件補(bǔ)償還是程序補(bǔ)償參數(shù)。

在完成以上參數(shù)設(shè)置后，根據(jù)系統(tǒng)提示分別拾取圖3中的被加工輪廓和毛坯輪廓。采用限制鏈?zhǔn)叭』騿蝹€(gè)拾取方式，限制鏈?zhǔn)叭r(shí)只需拾取起始和結(jié)束輪廓線，單個(gè)拾取則逐一拾取要加工的輪廓線，然后鼠標(biāo)任意指定合適的進(jìn)退刀點(diǎn)或鍵盤(pán)輸入具體數(shù)值，系統(tǒng)則自動(dòng)生成粗加工輪廓的走刀軌跡圖，包含進(jìn)退刀線和可能干涉的部分，如圖4所示。

2.4.2 零件精加工

零件的精加工與粗加工設(shè)置類(lèi)似，只需將刀具參數(shù)、加工參數(shù)、切削用量和進(jìn)退刀參數(shù)按精加工相關(guān)參數(shù)作相應(yīng)改變，即可完成精加工的設(shè)置。

2.4.3 刀具軌跡仿真及程序生成

刀具軌跡生成后，可對(duì)生成的刀具軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，以驗(yàn)證刀路的合理性。具體操作如下：?jiǎn)螕魯?shù)控車(chē)工具欄中的【軌跡仿真】圖標(biāo)，設(shè)置相關(guān)步數(shù)，可以控制仿真的速度，系統(tǒng)即可對(duì)刀路軌跡自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)態(tài)仿真。再選擇“二維實(shí)體”、“缺省毛坯輪廓”方式。根據(jù)系統(tǒng)提示，拾取已經(jīng)生成的粗、精加工刀具軌跡，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行實(shí)體切削仿真。通過(guò)二維動(dòng)態(tài)軌跡仿真和實(shí)體切削仿真，可以直觀地觀察刀具走刀路線的合理性以及實(shí)體切削是否存在干涉及過(guò)切現(xiàn)象。如圖5所示。

程序生成需要根據(jù)當(dāng)前使用的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的配置要求，先設(shè)置好后置處理的相關(guān)參數(shù)，如數(shù)控系統(tǒng)，以及與數(shù)控系統(tǒng)相適應(yīng)的各種代碼，只需更改不同的部分，軟件已設(shè)置好通用指令代碼。配置完成后，選擇生成的刀具軌跡轉(zhuǎn)數(shù)，即可生成數(shù)控程序。具體操作過(guò)程如下：?jiǎn)螕糁鞑藛沃械摹緮?shù)控車(chē)】、【代碼生成】命令，填寫(xiě)“后置文件”對(duì)話框，選擇相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，本例選擇FANUC系統(tǒng)，按軟件默認(rèn)的后置文件（*.cut）進(jìn)行保存，取好相應(yīng)的文件名稱(chēng)后，單擊“運(yùn)行”按鈕，拾取相應(yīng)的粗精加工刀具軌跡，系統(tǒng)自動(dòng)生成程序，如需對(duì)程序進(jìn)行二次編輯和修改，可用“記事本”程序打開(kāi)數(shù)控代碼加工程序。

2.4.4 程序后置處理與通訊傳輸

CAXA數(shù)控車(chē)軟件生成的程序由于沒(méi)有循環(huán)指令，都是最基本的程序代碼，所以程序相比于手工編程量比較大，程序內(nèi)容較多，必須解決機(jī)床與軟件的傳輸問(wèn)題。程序傳輸由于是軟件與硬件之間的配合，需要設(shè)置相關(guān)傳輸參數(shù)和協(xié)議。本例采用FANUC相關(guān)傳輸設(shè)置：串口：COM1；波特率：9600；數(shù)據(jù)位：7；停止位：2；握手協(xié)議：Xon/off；設(shè)置好以上參數(shù)，保證機(jī)床與軟件皆采用相同的參數(shù)設(shè)置，基于CAXA數(shù)控車(chē)軟件與FANUC數(shù)控車(chē)床之間即可實(shí)現(xiàn)在線傳輸。

3 結(jié)論

通過(guò)在FANUC 0i mate數(shù)控系統(tǒng)，凱達(dá)CKA6136機(jī)床上對(duì)雙曲線零件的試加工結(jié)果表明，利用CAXA數(shù)車(chē)軟件自動(dòng)編程加工與手工程序編程加工相比，前者更加快捷簡(jiǎn)便，而且可以即時(shí)演示加工刀路，保證程序的準(zhǔn)確性，通過(guò)對(duì)試件檢測(cè)結(jié)果比較，前者刀路更加順暢，零件加工質(zhì)量高。CAXA數(shù)控車(chē)軟件具有應(yīng)用靈活、參數(shù)開(kāi)放、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足不同回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件的加工。作為國(guó)產(chǎn)軟件的佼佼者，可以廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工行業(yè)中。