0 引言
數控車床適合加工軸類、盤類等回轉類工件，針對簡單的零件，一般采用手工編程的方式進行加工。但對于含有橢圓、非曲線的弧形零件的加工，采用手工編程的方法編程，存在難度，要進行復雜的計算，容易造成錯誤。其次可使用宏程序，但是宏程序中涉及很多變量和相應的語言結構，使用起來并不簡潔。如若采用自動編程的方法來實現，既可提高編程效率又可提高加工品質，在非圓曲線零件編程中發揮其優勢。
針對數控車床自動編程軟件有多種選擇，在這里采用CAXA數控車。CAXA數控車是由北航海爾軟件有限公司開發出的CAXA系列軟件之一，用于數控車床自動編程，具有全中文Windows界面，軟件提供了功能強大、使用簡潔的軌跡生成手段，可按要求生成各種復雜圖形的加工軌跡。通用的后置處理模塊可以滿足各種機床的代碼格式。將CAXA數控車與其他制造軟件結合起來，可滿足任何CAD/CAM的需求。下面將通過一個復雜非圓曲線零件一酒杯零件（如圖1所示）的數控編程，來介紹CAXA數控車的自動編程技術與宇龍仿真的具體應用。
1 非圓曲線零件的工藝分析
1.1 零件圖分析
圖1 酒杯零件圖
如圖1所示，酒杯零件是非圓曲線類薄壁件零件。其輪廓由樣條線、圓弧和橢圓構成。加工難點在杯柄處，直徑只有10mm。且圓弧曲率半徑變化很大，采用手工編程，圓弧的切點計算相當復雜，因此利用CAXA數控車進行自動編程。
1.2 確定毛坯
根據零件圖的尺寸，選毛坯為φ80mm×180mm的圓柱棒料，材料為45鋼。制作出φ18mm的內孔，孔深91mm。
1.3 確定裝夾方式
采用三爪卡盤夾緊工件，軸的伸出長度為160mm，以杯口φ60的端面中心，建立工件坐標系。
1.4 確定加工方案、刀具及切削用量
由于酒杯零件屬于薄壁件，且杯柄處，直徑只有10mm，在安排加工順序的時候，應先進行內孔加工，再進行外圓加工，可避免在切削力作用下杯體折斷。按照粗精加工原則，對于零件加工采用三把刀。刀具列表如表1所示，工藝步驟如表2所示。
表1 刀具列表
表2 零件數控加工工藝過程表
2 CAXA數控車的自動編程
2.1 創建酒杯外形特征
1)打開CAXA數控車軟件，在初始界面下，在【新建】對話框中選中【EB】單選按鈕，單擊【在當前窗口新建】，新建一個CAXA車的作圖窗口。
2)單擊圖標口以坐標原點繪制長80寬60的矩形，單擊【直線】圖標/在左下角選擇以矩形右上角頂點為起點畫一條與X軸夾角為45度的斜線。
3)單擊【樣條】圖標，在左下角選擇以矩形右上角頂點為起點，按逆時針方向，依次左鍵單擊矩形的四各頂點，然后單擊右鍵，計算機左下角提示【輸入切矢上的點】，再左鍵單擊45度斜線左下角端點，單擊右上角端點，如圖2所示。
圖2 繪制樣條線
4)單擊【平行線】圖標，畫一條與矩形右邊寬60線段，平行相距150的平行線，刪除矩形及45度斜線，單擊【直線】圖標，畫一條與X軸重合并與樣條線相交的任意長直線，單擊【裁剪】圖標在左下角選擇【快速裁剪】，裁剪掉直線以下的圖形。
5)單擊【橢圓】圖標，在左下角設置參數為：長半軸7mm，短半軸37.5mm，終止角360畫橢圓。單擊【平行線】圖標，畫一條與水平直線向上平行相距5的直線。單擊【圓弧】圖標廠在計算機左下角選【三點圓弧】，畫一段與樣條線橢圓和平行線都相切的圓弧，如圖3所示。
圖3 繪制橢圓
6)單擊【等距線】圖標，并設置參數，做一條與樣條線相距為4mm的方向向下的線條，單擊【圓弧】圖標在左下角選擇【兩點半徑】畫弧，以兩條樣條線右端點為兩點，半徑為2畫圓，并裁掉多余的線。設置好加工所需毛坯尺寸，如圖4所示。
圖4 酒杯造型
2.2 CAXA數控車的加工路徑
2.2.1 粗加工
1)在已經完成的酒杯造型圖的基礎上，單擊【刀具管理】圖標，根據上面所列刀具參數將刀具設置好，如圖5所示。
圖5 刀具參數設置
2)單擊【粗加工】圖標】聾根據上面所列過程卡將內輪廓粗加工參數設置好，如圖6所示。
圖6 粗車參數設置表
3)單擊【確定】，拾取加工表面輪廓線、拾取毛坯表面、根據刀具路徑設置合適的進退刀點，系統則自動生成如圖7所示內輪廓粗車加工軌跡。
圖7 內輪廓粗車加工軌跡
4)以同樣的粗加工方法即可生成外輪廓粗車加工軌跡，如圖8所示。
圖8 外輪廓粗車加工軌跡
2.2.2 精加工
將之前所做粗加工軌跡隱藏掉，按照與粗加工類似的方法進行精加工軌跡的生成。如圖9所示。
圖9 內、外輪廓精車加工軌跡
2.3 CAXA數控車的后置處理
程序后置處理是根據所選數控系統配置要求，把加工軌跡轉換成G代碼的數據文件，也就是CNC數控程序。具體過程為：打開所有刀具軌跡單擊【后置處理】圖標圖選擇FANUC系統，按照粗精加工的順序依次左鍵選取加工軌跡，最終右鍵確定，生成后置處理程序。酒杯零件部分程序如圖10所示，將所生成的G代碼保存即可。
圖10 程序
3 宇龍仿真
后置處理生成程序，僅僅是加工軌跡的再現。不能說明程序就能直接應用于生產中。為了檢驗生成的程序，刀具以及加工參數的選擇的正確性，這里采用了宇龍數控仿真軟件，來對酒杯零件進行仿真加工。上海宇龍軟件工程有限公司的“數控加工仿真系統”界面，與實際數控機床的操作面板與控制面板相似。
3.1 選擇機床
首先選擇控制系統FANUC，并從所有的FANUC系統中選擇FANUC Oi Mate系統；接著選擇機床的類型“車床”；最后選擇數控機床的制造廠商“沈陽機床廠CAK6136V。點擊確定機床選擇完成。
3.2 定義毛坯
打開仿真軟件，單擊【定義毛坯】圖標，為了方便仿真，毛坯直接選擇U形零件，按外徑φ80mm，長度180mm，內孔φ18mm，孔深91mm等參數定義毛坯。
3.3 放置零件
打開菜單“零件/放置零件”命令或者在工具條上選擇圖標，系統彈出操作對話框。點擊你要加工的毛坯（點擊后會顯示為藍色），然后點安裝零件。安裝零件后會自動彈出一個小鍵盤。通過按動小鍵盤上的方向按鈕實現零件的平移，確定零件在卡盤內的具體位置。
3.4 定義刀具
單擊【選擇刀具】圖標定義刀具。T01為仿形刀，35度菱形刀片，外圓左向橫柄刀柄，93度主偏角，刀尖半徑0.4mm。T02為鏜刀，35度菱形刀片，刀具直徑18mm，刀柄長度100，93度主偏角，刀尖半徑0.4mm。
3.5 機床準備工作
3.5.1 開啟機床
3.5.2 釋放急停
3.5.3 進行對刀操作
選擇T01為標準刀具，把工件坐標系原點放入G54中，選定的標準刀試切工件端面，將刀具當前的Z軸位置設為相對零點（設零前不得有Z軸位移），則將Z軸當前坐標值設為相對坐標原點。標刀試切零件外圓，將刀具當前X軸的位置設為相對零點（設零前不得有X軸的位移），將X軸當前坐標值設為相對坐標原點。換刀T02后，移動刀具使刀尖分別與標準刀切削過的表面接觸。接觸時顯示的相對值，即為該刀相對于標刀的偏置值△X，△Z。 （為保證刀準確移到工件的基準點上，可采用手動脈沖進給方式）將偏置值輸入到磨耗參數補償表或形狀參數補償表內。如圖11所示。
圖11 T01，T02對刀
3.6 導入程序
在編輯模式下，打開程序選項，點擊DNC傳送，打開保存好的后置程序，單擊操作，選擇讀程序，建立程序名，點擊EXEC按鍵，程序被導入到仿真系統，顯示在CRT界面上。
3.7 進行仿真加工
點擊操作面板上的“自動”按鈕，系統進入自動運行狀態。點擊按鈕，進入檢查運行軌跡模式，點擊操作面板上的“循環啟動”按鈕，即可觀察數控程序的運行軌跡，此時也可通過“視圖”菜單中的動態旋轉、動態放縮、動態平移等方式對三維運行軌跡進行全方位的動態觀察。（如圖12所示）
圖12 仿真加工過程與結果
4 結束語
采用CAXA數控車軟件對非圓曲線類零件進行造型、輪廓設計及程序后置處理，避免了手工編程中的繁瑣計算，大大縮短的編程輔助時間，提高了編程人員的效率，通過軟件的使用，提高產品質量和生產周期，降低生產成本。
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本文標題：基于CAXA數控車非圓曲線零件的自動編程與仿真加工
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