在數(shù)控車削加工中，弧形零件是一種較為常見的加工零件，其輪廓通常由直線和圓弧曲線構(gòu)成。對(duì)于此類外形輪廓較為簡(jiǎn)單的零件，編程人員可以通過(guò)常見的編程指令C01、G02、G03來(lái)實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于具有特殊外形要求的弧形零件，例如零件的外輪廓曲線非一般圓弧曲線，而是由特殊的曲線方程構(gòu)成，如果采用手工編程的方式，編程人員沒(méi)有現(xiàn)成的編程指令可循，只能利用宏程序進(jìn)行編程加工，而宏程序編程涉及到變量設(shè)定、程序語(yǔ)言結(jié)構(gòu)設(shè)定、坐標(biāo)平移變換等多種計(jì)算機(jī)及數(shù)學(xué)處理方法，計(jì)算容易出錯(cuò)且工作效率較低，無(wú)法滿足企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要。若采用軟件自動(dòng)編程方法，則可以明顯提高編程效率和編程質(zhì)量，尤其是在外形輪廓是非圓弧的復(fù)雜曲面編程中，更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

     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(guò)程。目前，常見的數(shù)控車床自動(dòng)編程軟件有CAXA數(shù)控車、Mastercam、UG、pro/E等。其中，CAXA數(shù)控車是我國(guó)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，其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。下面通過(guò)一復(fù)雜弧形零件——手柄輪廓零件的數(shù)控編程來(lái)介紹CAXA數(shù)控車在自動(dòng)編程中的具體應(yīng)用。

1 特殊弧形零件分析

    1.1手工編程難點(diǎn)分析

    在一些精度高、品種多且批量少的弧形零件中，其外輪廓曲面通常都具有特殊要求，非一般簡(jiǎn)單圓弧面構(gòu)成，而是由特殊的曲線方程所構(gòu)成，例如橢圓方程、雙曲線方程或拋物線方程。如圖1和2所示。

     在一般數(shù)控系統(tǒng)中(FANUC、SIEMENS和華中數(shù)控系統(tǒng))，只能做直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的切削運(yùn)動(dòng)，如果工件輪廓是非圓弧曲線，數(shù)控系統(tǒng)就無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)。因此對(duì)于此類具有特殊曲面的弧形零件，編程人員無(wú)法直接使用編程代碼進(jìn)行手工編程，而需要通過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理方法，用直線或者圓弧段去逼近非圓曲線或者利用宏程序編程。而這兩種手工編程方法在零件的實(shí)際加工過(guò)程中，往往存在以下的不足之處：

    (1)用直線或者圓弧逼近非圓曲線時(shí)，首先要計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)的計(jì)算一般都比較復(fù)雜，靠手工計(jì)算很難完成，必須借助計(jì)算機(jī)輔助處理。

    (2)利用逼近法編程時(shí)，工件的輪廓精度取決于節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，所取節(jié)點(diǎn)越多，計(jì)算愈復(fù)雜，誤差相對(duì)較小，但程序段越長(zhǎng)，加工時(shí)間越長(zhǎng)，工作效率降低。

    (3)利用宏程序編程時(shí)，要求編程人員懂得計(jì)算機(jī)語(yǔ)言方面的知識(shí)，例如變量的設(shè)定，各種循環(huán)語(yǔ)句、跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句及判斷語(yǔ)句的格式，程序的調(diào)試等，對(duì)編程人員水平要求比較高。
    (4)特殊曲線的原點(diǎn)與編程原點(diǎn)往往不重合，因此在手工編程時(shí)編程人員需要花大量時(shí)間進(jìn)行坐標(biāo)平移變換．變*轉(zhuǎn)換等繁瑣的計(jì)算纏程．導(dǎo)致工作效率較低。

     1.2其型特廉弧彤零件——手柄的工藝分析

     1.2.1手柄零件圖分析

     如圖3所示．零件手柄的輪廓由直線，橢圓、螺旋線和圓弧所構(gòu)成。該零件圈的加工難點(diǎn)在于由R42的圓弧段、橢圓曲線和R8圓弧段柳切形成的光滑曲面的編程計(jì)算，若采用手工編程，則各段曲線相切處的節(jié)點(diǎn)計(jì)算非常復(fù)雜．必須借助計(jì)算機(jī)輔助繪圖。另外該段特殊曲暖的輪廓變化為凹凸相間，采用宏程序編程時(shí)只能使用G73循環(huán)指令．詼指令臺(tái)導(dǎo)致出現(xiàn)多次走空刀的現(xiàn)象，降低了加工效率。

     因此利用CAXA數(shù)控車對(duì)手柄零件進(jìn)行自動(dòng)編程，手柄寫件造型如圖4所示。

    1.2.2手柄的加工工藝分析

    手柄零件的數(shù)控加工流程包括外輪廓、外槽和外螺紋的租加工及精加工，零件的加工難點(diǎn)在于特殊弧形外輪廓的編程加工。因此，下面著重介紹基于CAXA散控車軾件的特殊弧形外輪廓的蛆、精加工綰程。

    在利用CAXA數(shù)控車軟件對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控自功編程加工前，首先要對(duì)零件進(jìn)行加工工藝分析．正確劃分加工工序．選擇合適的加工刀具．設(shè)置相應(yīng)的切削參散．確定加工路線和刀具軌跡，以保證零件的加工效率和加工質(zhì)量。

    (1)確定毛坯及裝夾方式
根據(jù)零件圖選毛坯為Φ8mmx130mm的圓捧料，材料為45鋼。該零件為實(shí)心軸類零件，使用普通三爪卡盤夾緊工件，并且軸的伸出長(zhǎng)度適中(100mm)。以工件的圓弧R8的右端點(diǎn)為工件原點(diǎn)建立編程坐標(biāo)系，

    (2)確定數(shù)控刀具廈切削用量

     根據(jù)手柄零件持殊外輪廓的加工要求，選擇刀具及切削用量如表1所示。

2 CAXA數(shù)控車的加工設(shè)置

    2.1毛坯及外輪廓的建模

    在CAXA數(shù)控車軟件中建立加工對(duì)象輪廓模型時(shí)，需要同時(shí)給出毛坯輪廓和加工對(duì)象的外輪廓，輪廓的建?？梢酝ㄟ^(guò)CAXA數(shù)車軟件直接繪制或者利用AutoCAD中dxf圖形文件的導(dǎo)入來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)論是采用直接繪圖還足間接導(dǎo)^的方式．都只需要畫出零件的加工軌跡輪廓，不需要畫出完整的零件圖，且無(wú)需考慮最后切斷的加工長(zhǎng)度和直徑方向的余量，直接按照手柄的外輪廓最終尺寸進(jìn)行繪制，加工余量則通過(guò)毛坯輪廓曲建模來(lái)體現(xiàn)。

    在CAXA散控車軟件中導(dǎo)入dxf圖形文件的具體步驟為：首先利用AutoCAD軟件繪制好所需的毛坯段手柄外輪廓．并將其保存為dxf文件，然后利用CAXA數(shù)拉車中的據(jù)輸入功能將dxf文件讀入到CAXA數(shù)控車的界面中。毛坯及手柄的具體外輪廓圖如圖5 所示。

    2.2外輪廓的自動(dòng)縭程

    2.2.1外輪廓粗車加工

    根據(jù)加工工藝中先租后精的加工原則．首先對(duì)手柄的外輪廓進(jìn)行粗車加工。單擊CAXA數(shù)控車工具欄上的“輪廓粗車”圖標(biāo)，根據(jù)加工要求填寫各項(xiàng)加工參數(shù)，進(jìn)退刀方式、切削用量等。加工參數(shù)設(shè)置和輪癬車刀選取如圖6和7所示。所需注意的是在當(dāng)前輪廓車刀中，只有一把名稱為lt0的車刀，需要根據(jù)實(shí)際加工需要添加所需外輪廓車刀，并根據(jù)要求設(shè)置好相應(yīng)的刀具參散。

    在各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置結(jié)束之后，根據(jù)系統(tǒng)提示分別拾取圖5中的被加工輪廓和毛坯輪廓，采用限制鏈?zhǔn)叭》绞?，分別拾取左面輪廓線和右面R8圓弧部分的輪廓線，如圖8所示。拾取毛坯輪廓線與拾取加工表面輪廓線類似，如圖9所示。

    根據(jù)刀具路徑軌跡選擇合適的進(jìn)退刀點(diǎn)．系統(tǒng)則自動(dòng)生成粗車外輪廓的刀具軌跡圖，如圖10所示。

 2.2.2外輪廓精車加工

    外輪廓的精車與租車設(shè)置相似，只是將加工參數(shù)適當(dāng)改變．其余采用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，此處不贅述。

    2.2.3外輪廓的粗精加工軌跡仿真及程序生成

    可以對(duì)CAxA數(shù)控車軟件中生成的粗、精加工刀具軌跡進(jìn)行模擬仿真，“驗(yàn)證加工程序的正確性。具體操作如下單擊數(shù)控車丁具欄中的“軌跡仿真”圖標(biāo)，CAXA數(shù)控車系統(tǒng)可眥自動(dòng)進(jìn)行軌跡仿真。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)生成的簇、精加工刀具軌跡．系統(tǒng)開始進(jìn)行仿真。通過(guò)軌跡仿真，現(xiàn)察刀具走刀路線以及是否存在干涉及過(guò)切現(xiàn)象。圖11為仿真結(jié)果。

    程序生成是根據(jù)當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的配置要求，把生成的加工軌跡轉(zhuǎn)化成G代碼數(shù)據(jù)文件．即生成CNC數(shù)控程序。具體操作過(guò)程如下

    單擊主菜單中的【數(shù)控車】→【代碼生成】命令，或者單擊數(shù)控車工具欄中的“代碼生成”圖標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)提示，填寫“后置文件”對(duì)話框，保存后置文件(*.cul)的地址，填寫相應(yīng)的文件名稱后，單擊“打開”按鈕，拾取和應(yīng)的刀具軌跡，系統(tǒng)自動(dòng)生成“記事本”文件，渡文件即為生成的數(shù)榨代碼加工程序。圖12為手柄外輪廓粗精加工的部分程序代碼。

    2.3機(jī)床設(shè)置及程序后置處理

    由CAXA數(shù)控車軟件生成的加工程序，通過(guò)R232串行口，可以直接傳輸給數(shù)控機(jī)床的MCU。由于數(shù)控機(jī)床所采用的數(shù)控系統(tǒng)不同，會(huì)導(dǎo)致G代碼指令的語(yǔ)言格式也有差別，因此需要通過(guò)機(jī)床設(shè)置和程序后置處理方法來(lái)解決。

    以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，在CAXA數(shù)控車軟件中，默認(rèn)的機(jī)床名只有LATHEI、LATHE2和“LHE3，因此需要添加機(jī)床。單擊主菜單的【數(shù)控車】→【機(jī)床設(shè)置】命令，添加FANUC數(shù)控機(jī)床，并設(shè)置主軸控制、數(shù)值插補(bǔ)方法、補(bǔ)償方式、程序啟停等相應(yīng)操作的G代碼指令。

    程序后置處理就是針對(duì)已經(jīng)添加的FANUC數(shù)控機(jī)床，結(jié)合已經(jīng)設(shè)置好的機(jī)床配置，對(duì)后置輸出的數(shù)控程序的格式、程序段行號(hào)、程序大小、數(shù)據(jù)格式、編程方式、圓弧控制方式等進(jìn)行設(shè)置。具體操作為單擊【數(shù)控車】→ 【后置設(shè)置】，根據(jù)新建的FANUC機(jī)床進(jìn)行后置參數(shù)設(shè)置，以達(dá)到簡(jiǎn)化程序的目的。

3 結(jié)論與展望

    CK6140數(shù)控機(jī)床上實(shí)體零件的加工結(jié)果表明，利用CAXA數(shù)車軟件自動(dòng)編程加工得到的手柄外輪廓曲面與手工宏程序編程加工得到的手柄外輪廓曲面相比，前者表面光潔度較好，加工質(zhì)量高。另外，由于自動(dòng)編程代碼可以通過(guò)R232串行口直接輸入至數(shù)控系統(tǒng)，避免了復(fù)雜的面板輸入操作，自動(dòng)編程加工所需時(shí)間是手工編程加工所需時(shí)間的1/3左右，因此大大提高了零件的加工效率。

    CAXA數(shù)控車軟件具有應(yīng)用靈活、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以加工不同類型的回轉(zhuǎn)體類零件。與目前市場(chǎng)上功能相似的同類軟件(例如Pro/E、UG)相比，該軟件價(jià)格相對(duì)較低，因此可以廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工行業(yè)中。

作者對(duì)特殊弧形零件——手柄外輪廓的自動(dòng)編程作了初步探討，利用CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行了加工設(shè)置，生成了加工程序代碼。此方法突破了手工編程的局限性，避免了手工編程時(shí)繁瑣的節(jié)點(diǎn)計(jì)算工作，節(jié)省了在宏程序編程中多次走空刀所耗費(fèi)的時(shí)間。但如何對(duì)軟件產(chǎn)生的G代碼指令進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，則有待于進(jìn)一步的研究。