試論基于AUTOCAD的三維建模在車削數(shù)控加工中的應(yīng)用

毛獻(xiàn)忠

齊河縣機(jī)械廠

摘要：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中，數(shù)控加工自動編程（Automatic Programming，簡稱AP）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡稱CAD）已得到廣泛運(yùn)用，在科技發(fā)展的帶動下實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)自動化與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及輔助制造一體化。車削數(shù)控加工過程中可以使用VBA的機(jī)械加工方法對機(jī)械零件進(jìn)行三維實(shí)體造型，這樣可以有效實(shí)現(xiàn)車削數(shù)控加工過程中的設(shè)計(jì)與制造自動化，對縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約人力以及物力資源有著重要意義。本文對基于AUTOCAD的三維建模在車削數(shù)控加工上的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：AUTOCAD；Master CAD軟件；刀具路徑

1、前言

現(xiàn)階段CAD/CAM軟件已廣泛運(yùn)用到數(shù)控領(lǐng)域，并且部分應(yīng)用軟件已實(shí)現(xiàn)了二維繪圖、三維建模、刀具路徑模擬、數(shù)控編程以及仿真模擬加工等多種功能于一身，簡潔的圖形界面和清晰的菜單結(jié)構(gòu)可以幫助操作人員更好使用。由于基于AUTOCAD的三維建模對PC平臺的低性能要求和靈活的性價(jià)比，使其在我國數(shù)控加工領(lǐng)域中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)階段，功能強(qiáng)大的繪圖軟件已取代了繁瑣的手工繪圖，高度的機(jī)械制造自動化已基本取代傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工工序，對提高產(chǎn)品的精讀和縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期有著重要意義?；诖艘?，本文對基于AUTOCAD的三維建模軟件在車削數(shù)控加工中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。

2、車削數(shù)控加工編程

PING是一個具有幾何定義和2、4軸等功能的數(shù)控自動編程系統(tǒng)，一般都使用在零件的圖形定義、加工等環(huán)節(jié)的自動編程，例如，機(jī)械制造、塑料制品制造過程中，可以對零件的復(fù)雜輪廓、型腔數(shù)控銑、點(diǎn)位鉆、鉸、鏜、攻絲、車削、線切割以及激光切割等加工工序的編程?；贏UTOCAD的三維建模軟件具有常用零件定義功能、刀位路徑優(yōu)化功能、后置處理功能等，而且其系統(tǒng)的核心算法在使用過程中先進(jìn)、可靠，可以對凸輪、齒輪等常用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行自動繪圖，根據(jù)操作人員的特定要求對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行相應(yīng)的校核計(jì)算。系統(tǒng)中可靠的算法可以直接處理任意復(fù)雜的型腔邊界、刀具軌跡以及輪廓等，可以有效避免車削數(shù)控加工中的過切工件，軌跡計(jì)算過程中充分考慮了工藝、刀具切入、切削停頓、粗精加工、最短換刀、精度等多方面因素，對提高數(shù)控加工中的工作效率、軟件精度、合理切削量有著重要作用。

3、三維建模軟件在車削數(shù)控加工中的實(shí)際應(yīng)用

3.1輪廓加工設(shè)置

車削數(shù)控加工中零件的輪廓加工主要包括車端面和粗、精加工，設(shè)置刀具路徑之前要確定工件毛坯的大小，所以可以在Job Setup對話框中根據(jù)零件的最終尺寸進(jìn)行設(shè)置，在確定毛坯左下角點(diǎn)、右上角點(diǎn)后要選取所加工的外圓柱表面，并要使用邊界線（Outer Boundary）對走刀的區(qū)域進(jìn)行限制，這樣對提高車削數(shù)控加工中的走刀效率有著重要作用。系統(tǒng)可以根據(jù)所使用的刀具自動設(shè)置加工參數(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中有部分參數(shù)不符合生產(chǎn)的實(shí)際需求，所以在使用前要對每個項(xiàng)目進(jìn)行重新設(shè)置，最后需要根據(jù)在加工過程中是否允許底切來設(shè)置其參數(shù)。精車加工過程中不僅要設(shè)置共有的工藝參數(shù)，同時也要根據(jù)工藝實(shí)際需求設(shè)置1組精車加工特有的工藝參數(shù)，這樣才能保證零件的整體加工效果可以滿足其設(shè)計(jì)要求。

3.2切槽加工設(shè)置

我們可以從系統(tǒng)的Tool paths中進(jìn)入到切槽選項(xiàng)（Lathe Groove），根據(jù)零件的實(shí)際加工要求來選取相應(yīng)的槽，Master CAM在運(yùn)行過程中可以沿著任意一個角度車削徑向槽，并可以利用1個點(diǎn)或多個點(diǎn)對待加工的槽進(jìn)行準(zhǔn)確定義，所以可以避免了切槽加工過程中對槽需要構(gòu)造幾何形狀的環(huán)節(jié)，在設(shè)置后，系統(tǒng)可以自動生成切槽刀具的加工路徑。

3.3螺紋加工設(shè)置

本文中所介紹的Master CAM車削軟件在使用過程中，其具備完整的螺紋加工功能，主要包括螺紋查表、多頭螺紋加工以及螺紋直徑自動計(jì)算等多項(xiàng)功能，我們可以在Toolpaths中選取到Thread選項(xiàng)，通過這一選項(xiàng)可以根據(jù)需求設(shè)置每毫米長度上螺紋的數(shù)量、螺紋的螺距、螺紋小徑以及螺紋大徑等，系統(tǒng)也可以在操作人員輸入螺紋基本大徑后自動計(jì)算出螺紋小徑。

3.4鉆孔加工設(shè)置

Master CAM軟件在車削數(shù)控加工中，為操作人員提供了20余種鉆孔形式，其主要包括7種標(biāo)準(zhǔn)形式和13種用戶自定義形式，操作人員不僅需要設(shè)置共有的刀具參數(shù)，同時也要根據(jù)零件的實(shí)際需求來設(shè)置1組鉆孔刀具路徑特有的參數(shù)。

3.5截?cái)嗉庸ぴO(shè)置

截?cái)嗉庸鶕?jù)實(shí)際需求生成1個垂直的刀具路徑對工件進(jìn)行切削，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要通過選取1個點(diǎn)來定義車削的起步位置，然后需要設(shè)置共有刀具參數(shù)和1組截?cái)嘬囅鞯毒擢?dú)有的參數(shù)，我們可以在Toolpaths中選取Cutoff選項(xiàng)，在設(shè)置好截?cái)嘧鴺?biāo)后其會默認(rèn)使用徑向車削的切槽刀，并且根據(jù)實(shí)際工作要求自動生成刀具的加工路徑。

4、基于AITOCAD的車削控制

金屬車削是一個十分復(fù)雜的過程，包含了很多物理機(jī)理現(xiàn)象，例如，切削力、切削熱、刀具磨損以及工件表面質(zhì)量等，而這些因素在實(shí)際生產(chǎn)中都會影響到切削量，而基于AUTOCAD的三維建模軟件可以將這些軟件充分考慮其中，其主要將某種類型的切削看作為一個整體，再將其分割細(xì)化并抽象出一系列的切削原型。金屬切削過程中被切削的金屬在實(shí)際上存在剪切變形和擠壓變形等過程，而剪切變形的大小會直接影響到切削變形系數(shù)，在剪切變形過程中金屬將產(chǎn)生相對滑移，可以通過下述公式對滑移量進(jìn)行計(jì)算

ε=cosγo/sinφ ·cos（φ –γo）

式中剪切角為

Φ=π/4-β/2+γ/2

而整個剪切變形的變形細(xì)數(shù)為

ζ=cos（φ –γo）/sinφ

從上述公式中我們可以發(fā)現(xiàn)摩擦角也會對切削的變形產(chǎn)生直接影響，同時也可以證明凡是可以影響摩擦系數(shù)的因素都會影響到切削的變形，從而對車削數(shù)控加工中切削量帶來很多影響。本文中所提到的基于AUTOCAD的三維建模程序在設(shè)計(jì)工程中便充分考慮這一點(diǎn)，其可以根據(jù)上述影響切削形成的各項(xiàng)主要因素進(jìn)行自動調(diào)整，對工件材料性能參數(shù)、切削速度、切削厚度、進(jìn)給量以及車刀的幾何形狀特征都可以進(jìn)行充分考慮，從而通過計(jì)算獲取最佳切削量。

5、結(jié)語

采用基于AUTOCAD的三維建模軟件可以創(chuàng)建零件模型，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置自動生成數(shù)控代碼并傳輸?shù)綌?shù)控設(shè)備，操作人員在車削數(shù)控加工中只需要做好工件的裝夾和輸入刀具參數(shù)等工作，車削數(shù)控加工機(jī)床便可以按照編制好的程序進(jìn)行零件加工?；贏UTOCAD的三維建模軟件不僅可以提高車削加工的工作效率，更可以輕松完成一些形狀復(fù)雜的零件加工，對促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域在新時期的發(fā)展有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚雪松.Master CAM數(shù)控加工實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練.北京：人民郵電出版社.2005

[2]代明.Master CAM軟件在車削數(shù)控加工中的應(yīng)用.新技術(shù)新工藝.2010（22）

[3]劉巖.基于AUTOCAD的三維建模在數(shù)控加工上的應(yīng)用研究.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù).2012（7）