1引言
在数控车削加工中, 椭圆类零件是一种较为常见的加工零件, 其轮廓通常由直线和椭圆弧曲线构成。对于这类包含了特殊的椭圆、抛物线方程的零件, 如果采用手工编程的方式, 数控程序编制人员, 只能利用宏程序进行编程加工, 而宏程序编程涉及到变量设定、程序语言结构设定、坐标平移变换等多种计算机及数学处理方法, 对程序编制人员的要求非常高, 编程花费的时间比较长, 计算容易出错, 导致工作效率较低, 无法满足企业的实际生产需要。但是若采用数控软件自动编程, 则可以明显提高编程效率和编程质量, 尤其是在外形轮廓是非圆弧的复杂曲面编程中, 更能发挥其优势。
自动编程就是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。目前, 常见的数控车床自动编程软件有CAXA数控车, Mastercam, UG、Pro-E等。其中, CAXA数控车是我国自主研发的一款集CAD和CAM于一体的数控车床专用软件, 它具有零件二维轮廓建模、刀具路径模拟、切削验证加工和后置代码生成等功能。下面通过椭圆弧曲面配合零件的数控编程来介绍CAXA数控车在自动编程中的具体应用。
2特殊弧形零件分析
1) 零件图分析。
如图1和图2所示, 椭圆弧曲面配合件的轮廓线由直线、椭圆、螺旋线和圆弧所构成, 该零件图一的加工难点在于由R4的圆弧段、Φ30±0.03直线段和椭圆曲线相交 (或相切) 形成的光滑曲面的编程计算, 零件图二的加工难点在于椭圆弧曲线。若采用单件分别加工再配合, 则两椭圆相接处很容易出现接刀痕;若采用手工编程, 则各段曲线相切处的节点计算非常复杂, 必须借助计算机辅助绘图。另外该段椭圆弧曲面的轮廓变化为凹凸相间, 采用宏程序编程时只能使用G73循环指令, 该指令会导致出现多次走空刀的现象, 降低了加工效率。
因此利用CAXA数控车对椭圆弧配合零件进行自动编程, 椭圆零件造型如图3和图4所示。
2) 零件加工工艺分析。
此椭圆弧配零件的数控加工流程包括外轮廓、外沟槽、内孔和内螺纹的粗加工及精加工, 零件的加工难点在于椭圆弧形外轮廓的编程加工。因此, 下面着重介绍利用CAXA数控车软件对椭圆弧形配合件配合后的外轮廓粗加工编程。
在利用CAXA数控车软件对零件进行数控自动编程加工前, 首先要对零件进行加工工艺分析, 正确划分加工工序, 选择合适的加工刀具, 设置相应的切削参数, 确定加工路线和刀具轨迹, 以保证零件的加工效率和加工质量。
(1) 确定毛坯及装夹方式。
根据椭圆配合零件图, 配合件一和配合件二都选毛坯为Φ50×110的圆棒料, 材料为45钢。配合件一为带内螺纹孔的轴类零件, 配合件二为带外螺纹的轴类零件, 两者都使用普通三爪卡盘夹紧工件, 先分别对两个配合件进行单件加工, 只留下两个零件的椭圆弧曲面, 将两配合件进行螺纹配合后用三爪自定心卡盘夹紧配合件一Φ36的外圆柱面, 然后用顶尖顶住配合件二Φ26的右端面。
(2) 确定数控刀具及切削用量。
根据椭圆配合件特殊外轮廓的加工要求, 选择刀具及切削用量如表1所示。
3 CAXA数控车的加工设置
3.1毛坯及外轮廓的建模
在CAXA数控车软件中对加工对象进行轮廓建模时, 需要同时给出毛坯轮廓和加工对象的外轮廓, 轮廓的建模可以通过CAXA数车软件直接绘制, 绘制时只需要画出零件的加工轨迹轮廓, 不需要画出完整的零件图, 且无需考虑最后切断的加工长度和直径方向的余量, 直接按照椭圆弧配合件的外轮廓最终尺寸进行绘制, 加工余量则通过毛坯轮廓的建模来体现, 如图5所示。
3.2设置加工参数
1) 设置机床类型。
机床设置是针对不同的机床, 不同的数控系统, 设置特定的数控代码, 数控程序格式及参数, 并且生成不同的配置文件。生成数控程序时, 系统根据配置文件的定义, 生成用户需要的特定的代码格式的加工指令, 如图6所示。
2) 后置处理设置。
后置处理是针对特定的机床结合已经设置好的机床设置, 对后置输入的数控程序的格式, 如行号、数据格式、编程格式、圆弧控制方式等进行设置。如图7所示。
3) 设置刀具参数。
CAXA数控车在当前的轮廓车刀中, 只有一把名称为Lt0的车刀, 在加工中根据实际需要添加所需的各种车刀, 并设置好相应的刀具参数。如图8所示。
4) 设置粗加工参数。
根据加工工艺中先粗后精的加工原则, 首先对椭圆弧配合件的外轮廓进行粗车加工, 根据加工要求填写各项加工参数、进退刀方式、切削用量的粗车参数表, 加工参数和轮廓车刀选取如图9、图10、图11、图12所示。
5) 生成加工轨迹。
完成上述设定后按“确定”键完成设置, 系统在状态栏中将提示:[拾取加工工件表面轮廓]。按提示完成工件待加工表面轮廓的选择并按右键结束选择 (如图13所示) , 屏幕又提示:[拾取定义的毛坯轮廓]。按提示完成毛坯轮廓的选择并按右键结束选择 (如图14所示) , 屏幕将进一步提示:[输入进退刀点]。按提示拾取或用坐标直接输入进退刀点完成最后的操作。此时屏幕将以特殊颜色显示生成的刀具轨迹 (如图15所示) 。
6) 轨迹仿真。
为了检验轮廓草图、加工参数设置正确与否, 以及是否有过切行迹, 生成加工轨迹之后可以通过轨迹仿真 (图16) 来检验。
7) 生成G代码 (如图17) 。
程序的传送及零件的粗加工, 以及精加工参数的设置及加工在这里就不再赘述。
8) 加工完成后的零件造型图 (如图18所示) 。
4结论
通过在GSK980TDB数控车床上实体零件的加工结果表明, 利用CAXA数控车软件自动编程加工得到的椭圆弧配合件外轮廓曲面与手工宏程序编程加工得到的椭圆弧配合件外轮廓曲面相比, 前者表面光洁度较好, 配合处过渡自然, 加工表面质量高。另外, 由于自动编程代码可以通过通讯软件直接输入至数控系统, 避免了复杂的面板输入操作, 自动编程加工所需时间是手工编程加工所需时间的1/3左右, 因此大大提高了零件的加工效率。
CAXA数车软件具有应用灵活、针对性强的特点, 可以加工不同类型的回转体类零件。与目前市场上功能相似的同类软件 (例如Pro-E、UG) 相比, 该软件价格相对较低, 因此可以广泛应用于数控加工行业中。
摘要：本文通过利用CAXA数控车自动编程软件及相关通讯软件实现了椭圆曲面配合件在GSK980TDB系统数控车床上的车削加工, 保证了配合件的加工精度和生产效率。
关键词：CAXA数控车,椭圆零件,工艺分析,加工
参考文献
[1] 杨士军.CAXA数控车削加工.国防工业出版社.
[2] 黄丽芬.数控车床编程与操作:广数GSK980TD车床数控系统.中国劳动和社会保障部出版社.
[3] 刘蔡保.数控车床编程与操作.化学工业出版社.