軸的數(shù)控縱切程序編制技術(shù)研究

李鐵剛，張 陳

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

縱切車床的出現(xiàn)使批量加工最大直徑為32 mm 的精密軸類工件成為可能。縱切車床在金屬切削加工中，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于工件的回轉(zhuǎn)軸線，也就是在車削加工中工件旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，車刀不需要跟隨工件移動(dòng)，與常規(guī)的車床有著本質(zhì)的區(qū)別?？v切機(jī)床的加工特點(diǎn)有如下幾方面：

1)加工精度高：棒料軸向進(jìn)給通過中心導(dǎo)套，刀具切削點(diǎn)緊靠導(dǎo)套口端，剛性好，消除了棒料在刀具切削力下的變形。

2)加工效率高：聯(lián)接自動(dòng)送料機(jī)和自動(dòng)除屑器等輔助裝置后，一次裝夾對(duì)刀，多刀塔加工，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工及一人多機(jī)操作，提高了零件的加工效率。

3)加工復(fù)合化程度高：能一次完成對(duì)零件車、銑、鉆、攻螺紋、車螺紋和開槽加工工序，具有第六面加工能力；可大幅縮短加工時(shí)間，減少了零件加工中的二次裝夾，提高了加工精度和加工效率。

4)精密數(shù)控縱切車床結(jié)構(gòu)緊湊，整機(jī)質(zhì)量輕，占地面積小[1]。

對(duì)于縱切機(jī)床的加工，需要研究其高效的數(shù)控編程技術(shù)，以保證程序的編制質(zhì)量，進(jìn)而確保加工質(zhì)量。Edgecam是Vero公司的智能化高效編程軟件，極大地簡化了多軸走心式縱切(亦稱瑞士型)機(jī)床的加工編程和仿真[2-3]。

1 數(shù)控程序編制

1.1 加工機(jī)床構(gòu)建

采用Edgecam軟件編程時(shí)，首先要調(diào)入機(jī)床模型，編制程序完成后才能進(jìn)行加工過程的動(dòng)態(tài)仿真，模擬實(shí)際的加工動(dòng)作，檢查機(jī)床、毛坯、夾具、工件和刀具的碰撞和過切。

采用Edgecam軟件設(shè)計(jì)的機(jī)床模型存在于后置處理器原文件中，然后進(jìn)行后置處理功能設(shè)計(jì)，進(jìn)而生成機(jī)床加工所用的NC程序，后置處理器定制在Code Wizard中實(shí)現(xiàn)。

后置處理器縱切機(jī)床模型包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型和幾何模型。運(yùn)動(dòng)模型表示機(jī)床主要移動(dòng)部件和功能部件的相互位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使建立的機(jī)床幾何模型能夠安排其幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行真實(shí)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而能夠進(jìn)行加工仿真；機(jī)床幾何模型表示機(jī)床功能部件的實(shí)際幾何尺寸。后置處理器首先建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型，而后在運(yùn)動(dòng)模型上添加幾何模型。為了提高仿真速度可利用輕量化的STL文件和近似的幾何模型建模。

以某典型的縱切機(jī)床為例，其具有左右2個(gè)加工主軸，上下各具有2個(gè)排刀塔，共4個(gè)刀塔，主副主軸各具有1個(gè)C坐標(biāo)。圖1為建立的機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型，具體的部件含義如表1所示，圖中的示例結(jié)構(gòu)表示機(jī)床結(jié)構(gòu)件的串并聯(lián)關(guān)系。

圖1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型

Code Wizard應(yīng)用配置界面分為菜單區(qū)、圖形區(qū)、工具欄、Code Generator(代碼構(gòu)造器)窗口、機(jī)床構(gòu)造器窗口、夾具構(gòu)造器窗口、屬性窗口和預(yù)覽功能窗口。需要進(jìn)行機(jī)床參數(shù)設(shè)置、樣式表設(shè)置、輸出NC代碼格式設(shè)置和代碼構(gòu)造器設(shè)置。

代碼構(gòu)造器作用是設(shè)置輸出代碼的形式，進(jìn)行代碼輸出前的復(fù)雜邏輯運(yùn)算，控制代碼輸出的進(jìn)程等，對(duì)于復(fù)雜的NC指令輸出可以利用系統(tǒng)配置的CODE語言進(jìn)行編程處理，縱切機(jī)床需要特殊設(shè)置的代碼構(gòu)造器如圖2所示。

表1 運(yùn)動(dòng)模型部件含義

圖2 特殊設(shè)置的代碼構(gòu)造器

最后建立的縱切機(jī)床精簡模型如圖3所示。

1.2 工藝規(guī)劃

如圖4所示，零件為典型軸類零件，材料為LY12CZ鋁合金，需要進(jìn)行銑削、鉆孔、車削外圓和切槽等典型部件的加工。毛坯選擇30 mm棒料，零件兩端裝夾，兩面加工，人工裝夾工件，加工完成后自動(dòng)切斷[4-5]。制定的具體加工工序內(nèi)容如表2所示。

圖3 縱切機(jī)床模型

圖4 典型軸類零件

工步加工內(nèi)容刀號(hào)刀具軸刀塔1粗車右外圓T01外圓車刀主軸左上2粗車端面T01外圓車刀主軸左上3鉆4-Φ4孔T02Φ4鉆頭主軸左上4粗車外圓T01外圓車刀主軸左上5車外螺紋T03螺紋車刀主軸左上6鉆端面孔T03Φ10鉆頭主軸左下7鉆端面孔T02Φ6鉆頭主軸左下8粗車左外圓T01外圓車刀副主軸右上9切槽T022毫米槽刀副主軸右上10粗車端面T01外圓車刀副主軸右上11粗銑曲面槽腔T049毫米銑刀副主軸右上12精銑曲面槽腔T028毫米銑刀副主軸右下13鉆左端面孔T03Φ2.5鉆頭副主軸右下

1.3 數(shù)控編程

Egdecam下的縱切數(shù)控編程由建立機(jī)床、讀入零件模型、建立毛坯、建立加工工序、定義刀具走刀路線、仿真加工和后置處理等步驟組成。Egdecam帶有EWS模塊，可以建立模型供編程時(shí)使用，還可以讀入市場上所有主流的CAD軟件的模型數(shù)據(jù)，用來直接進(jìn)行程序編制。模型生成后首先需要調(diào)入建立的后置處理機(jī)床，進(jìn)入車銑加工環(huán)境，此時(shí)自動(dòng)生成4個(gè)刀塔的工序?yàn)g覽器。機(jī)床上刀塔最多安裝4把刀具，下刀塔最多安裝3把刀具，即可以安裝車刀進(jìn)行車削編程，也可以安裝銑刀進(jìn)行銑削編程。每個(gè)刀塔的刀具單獨(dú)編號(hào)。

每個(gè)刀塔單獨(dú)編程，在加工過程中，協(xié)調(diào)刀塔運(yùn)動(dòng)步調(diào)是編程的主要內(nèi)容。為了節(jié)約時(shí)間，主副軸和上下刀塔具有同步功能，對(duì)刀塔同步運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間等進(jìn)行的設(shè)置，可以協(xié)調(diào)兩刀塔的相互運(yùn)動(dòng)，避免上下刀塔運(yùn)動(dòng)干涉和過載切削等現(xiàn)象發(fā)生，最大限度地提高加工效率。

刀塔同步時(shí)，一臺(tái)刀塔待命，另一臺(tái)刀塔繼續(xù)運(yùn)行加工程序，以便避免雙刀塔同時(shí)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉。在菜單欄中選擇【輔助功能】→【同步刀塔】命令，系統(tǒng)打開【同步刀塔】對(duì)話框，在該對(duì)話框中無需設(shè)置任何特定參數(shù)，只需輸入一些備注信息，以便工序和程序的判讀。確定后，在【工序】瀏覽器中便會(huì)加入一個(gè)【同步刀塔】工序。當(dāng)程序運(yùn)行到該工序時(shí)，機(jī)床雙刀塔便開始進(jìn)行同步加工。編制完成的工序?yàn)g覽器視圖如圖5所示[6]。

圖6為加工的時(shí)間序列圖，可以清晰地得到按時(shí)間順序的各工序動(dòng)作，每個(gè)工步用1個(gè)矩形方格區(qū)間表示，區(qū)間的左右分別是開始加工時(shí)間和終止加工時(shí)間，相同顏色表示工步的進(jìn)給率相同。

2 仿真加工

點(diǎn)擊菜單【模擬仿真】，得到的仿真結(jié)果如圖7所示，經(jīng)過與零件模型對(duì)比，沒有發(fā)生工件切傷和材料欠切的情況，刀具和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件也沒有發(fā)生干涉，程序編制正確。

圖5 工序?yàn)g覽器視圖

圖6 時(shí)間序列

圖7 仿真加工結(jié)果

3 結(jié) 語

通過研究基于Edgecam的典型軸類件的數(shù)控縱切加工編程方法，證明了Edgecam可以完成復(fù)雜的縱切機(jī)床的后置處理器定制，能夠方便地進(jìn)行縱切機(jī)床仿真模型的構(gòu)建，可以建立多主軸、多刀塔的機(jī)床，方便地進(jìn)行多主軸和刀塔的程序編制，軟件應(yīng)用界面友好，程序編制運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)方便。

通過實(shí)例零件的加工驗(yàn)證了該方法的可行性，提高了數(shù)控編程的效率，縮短了零件的制造周期，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)產(chǎn)品的批生產(chǎn)，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 孫文田.精密數(shù)控縱切車床及其應(yīng)用[J].金屬加工：冷加工，2014(11)：22-24.

[2] 李鐵剛.基于Edgecam的禮品雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)開發(fā)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015(2)：29-31.

[3] 李鐵剛.基于Edgecam的電極自動(dòng)化編程系統(tǒng)開發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2015(1上)：127-129.

[4] 朱學(xué)超.基于車銑復(fù)合中心的針閥接頭數(shù)控加工[J].機(jī)床與液壓，2011，39(8):50-52.

[5] 張 賀，郭 樺，肖 楠.基于UGNX的異型石材多功能復(fù)合加工中心數(shù)控加工與仿真技術(shù)研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，6(2)：175-178.

[6] 李鐵剛.Edgecam應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.