基于PartMaker的車銑復(fù)合加工編程的應(yīng)用研究

章偉涌 朱 丹 程 萍 周旭丹

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興312000)

基于PartMaker的車銑復(fù)合加工編程的應(yīng)用研究

章偉涌 朱 丹 程 萍 周旭丹

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興312000)

通過一個典型實例,針對當(dāng)前車銑復(fù)合加工技術(shù)進行了應(yīng)用研究.著重闡述PartMaker基于知識和幾種復(fù)合同步加工優(yōu)化編程方法,最終生成的NC數(shù)控程序代碼通過了機床仿真驗證.結(jié)果表明這種方法可進一步提升加工效率,降低生產(chǎn)成本,縮短生產(chǎn)周期,也可大幅提高設(shè)備利用率.

PartMaker;知識庫;特征識別;同步加工優(yōu)化;mPs自動化在線網(wǎng)

復(fù)合機床是在同一臺機床上完成零件的車、銑、鉆、鏜等全部工序的數(shù)控機床.不同于單一功能機床,它能極大地提高零件的加工效率和精度.然而,復(fù)合機床加工工藝十分復(fù)雜,目前依靠手工編程或通用CAM編程方法,都難以發(fā)揮復(fù)合機床功能.因此,尋求一種專業(yè)的數(shù)控編程軟件呼聲很高.英國DelCAM公司開發(fā)的PartMaker數(shù)控編程軟件支持多主軸、多刀塔車銑復(fù)合機床,擁有多轉(zhuǎn)塔、多主軸、知識庫和特征識別技術(shù),為復(fù)合機床應(yīng)用編程提供了一條新途徑.

本文結(jié)合實例介紹PartMaker數(shù)控編程軟件運用知識庫和同步加工編程方法.

1 案例分析

該零件尺寸如圖1所示,所建立實體模型如圖2所示.在Partmaker數(shù)控編程軟件中直接導(dǎo)入該零件模型進行編程.由于需掉頭加工,因此工藝選擇方面,選擇雙主軸車銑復(fù)合機床,通過一次性裝夾及主副軸控制完成全部工序加工,以保證加工精度.工序分析如表1.

圖1 零件尺寸

圖2 零件模型

選擇普通機床加工或數(shù)控車床和數(shù)控銑床,必須掉頭才能完成該零件的全部加工工序,這樣經(jīng)過多次卸裝,零件精度無法保證.如果選擇車銑復(fù)合機床加工該零件,通過一次性裝夾即可完成該零件的全部加工工序.

表1 加工工序

2 工件設(shè)置

在PartMaker數(shù)控編程軟件的工作界面,點取“設(shè)置”圖標(biāo),出現(xiàn)對話框如圖3所示.將工件右端中心點設(shè)定為工件的加工坐標(biāo)系原點,進入設(shè)置界面,設(shè)定加工時的換刀位置、毛坯參數(shù)等.

設(shè)置主軸:在面視窗列表中,輸入“右端車削”,選擇“車削”加工功能;輸入“柱面槽銑削”,選擇“柱面銑削”功能.

設(shè)置副軸:選擇“車削”加工功能;輸入“左端車削”選擇“車削”功能.

圖3 工件設(shè)置

3 調(diào)用知識庫文件

3.1 工藝知識庫調(diào)用

PartMaker數(shù)控編程軟件將機械制造工藝知識內(nèi)容和規(guī)則,以材料庫、刀具庫、指令循環(huán)庫等形式構(gòu)成工藝知識庫,來解決數(shù)控編程涉及的復(fù)雜工藝處理問題.PartMaker數(shù)控編程軟件的刀具庫提供了刀具信息列表,刀具庫包含車刀和銑刀刀具以及刀具材料、刀具類型、刀具編號等(如圖4所示).用戶可以定義創(chuàng)建刀具庫和打開刀具庫.刀具數(shù)據(jù)保存在刀具庫文件中,可為任何加工策略選擇刀具.

圖4 刀具庫信息列表

PartMaker數(shù)控編程軟件的材料庫,能自動計算各種材料切削進給速率、主軸轉(zhuǎn)速和切削深度(如圖5所示).

圖5 切削參數(shù)信息

PartMaker數(shù)控編程軟件的循環(huán)庫可以調(diào)用各循環(huán)指令.例如鉆孔循環(huán)、攻絲循環(huán)、鉸孔循環(huán)等,只需調(diào)用相關(guān)指令,就可完成點鉆、鉆孔、攻絲等完整工序(如圖6所示),方便快捷,提高了編程效率.若采用傳統(tǒng)編程,需要先點鉆,再鉆孔,后攻絲,依序編程,又要計算各個不同的深度,非常復(fù)雜.

圖6 循環(huán)指令庫

PartMaker數(shù)控編程軟件的孔特征深度自動識別,能確保加工工序規(guī)則,縮短編程時間,減少用錯刀和斷刀風(fēng)險等[1].

3.2 特征識別

PartMaker數(shù)控編程軟件采用“divide&conquer”(分割而攻克)編程策略專利技術(shù),將復(fù)雜零件加工特征解為車削、銑削XY平面、銑削ZY平面、銑削五軸平面、銑削多邊形和銑削圓柱體等功能,大大簡化了零件結(jié)構(gòu),使復(fù)雜零件編程不再是一項困難的工作.

在“面視窗列表”,依據(jù)建立的加工策略提取零件特征.以“右端車削”為例,點擊“提取車削幾何形體”,完成該零件右端車削特征.同理,可以建立該零件左端車削、柱面槽銑削幾何形體特征(如圖7所示).只需簡單操作,即可分別提取車削幾何體特征和銑削幾何體模型特征.傳統(tǒng)手工編程方式等,都無法解決零件模型特征問題.PartMaker整個過程操作簡單,快捷高效[2].

圖7 模型幾何特征

4 刀軌路徑

取得零件特征后,可為各加工策略生成刀軌.點取工作界面上“新的輪廓組”,點取“車削特征”,生成右端外圓車削刀具路徑(如圖8所示).

同理,可以建立柱面槽銑削刀具路徑和副軸控制“左端車削”工序的外圓車削、槽、車削螺紋等.若手工編程,必須依照零件圖計算出各節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù),稍有差錯就會造成零件加工錯誤,導(dǎo)致直接的經(jīng)濟損失.而且,編程準(zhǔn)備過程必須按圖樣分析制訂生產(chǎn)加工工藝,編程人員必須要有一定的實際編程經(jīng)驗,才能正確合理地制訂數(shù)控加工程序.

PartMaker數(shù)控編程軟件的知識庫,將復(fù)雜的切削工藝參數(shù)自動處理,用戶只需選擇加工策略即可生成刀具路徑,省略了大量坐標(biāo)數(shù)據(jù)計算過程,從而大大提高編程效率.

圖8 刀具路徑

PartMaker車銑復(fù)合機床加工編程,可極大地縮短機床加工設(shè)置的準(zhǔn)備時間,降低編程難度,提高編程效率,降低生產(chǎn)成本.

5 生成加工表單

完成整個零件編程后,點擊“產(chǎn)生加工表”生成加工表單(如圖9所示),PartMaker加工表單列出所有操作并且能自動處理“保持最后切斷”,“副軸加工完畢彈出零件”等操作.

在加工表單中,每一操作工序都顯示出加工工時、切削參數(shù)、主副軸加工所用時間等,當(dāng)切削參數(shù)如主軸轉(zhuǎn)速、進給率等需要調(diào)整時,只要雙擊即可修改,加工表單中加工時間等其余數(shù)據(jù)會自動更新,大大方便了對整個零件加工工時的成本核算.

圖9 加工表

6 同步加工優(yōu)化

復(fù)合機床同步加工,合理優(yōu)化加工工序,可進一步提高機床利用率.在加工表單中,選擇各加工工序點擊鼠標(biāo)右鍵,在彈出“設(shè)置方式”窗口按表2進行同步加工優(yōu)化操作,在此處可設(shè)定機床運動方式,可以針對主軸和副軸分別設(shè)置.

表2 同步加工規(guī)劃表

6.1 操作同步(operation sync)

根據(jù)加工工序,op sync[3]用戶可以設(shè)定多個刀塔同時進行切削加工操作而不互相干涉.如在車削環(huán)境下,可以使用兩個刀架以上的刀同時分別進行車削、銑削等加工作業(yè),如圖10所示.左側(cè)主軸方式的轉(zhuǎn)塔刀架#1和轉(zhuǎn)塔刀架#3的兩刀(雙工位加工),與副軸方式的轉(zhuǎn)塔刀架#2上的一把刀在同步進行該零件兩端車削,這樣可大大提高切削效率,縮短加工時間.

圖10 操作同步

6.2 雙工位加工(stroke sync)

在車削環(huán)境下,stroke sync[3]由用戶設(shè)定使用兩個刀架以上的刀,實現(xiàn)雙工位車削.采用雙工位加工時,兩把切削車刀產(chǎn)生的徑向切削力互相平衡,可有效減小工件的震動.它特別適合細長軸類零件車削.粗加工時,由于較大的背吃刀量,產(chǎn)生的徑向切削力也大,若機床采用單把車刀加工,產(chǎn)生的徑向切削力所導(dǎo)致工件的彎曲變形,會直接影響到工件精度.因此,雙工位加工不僅可提高工件精度,還可以提高切削效率,縮短加工時間.如圖11所示.

圖11 雙工位加工

6.3 系統(tǒng)控制同步(system sync)

system sync[3]由機床控制系統(tǒng)自動設(shè)定,用戶只需直接調(diào)用[2](如圖12所示).在機床加工過程中,需要機床對工件材料進行各種控制處理.如細長軸零件主軸卡盤和副軸卡盤夾持加工時,需要主、副軸必須同步轉(zhuǎn)動;又如當(dāng)工件從主軸轉(zhuǎn)換到副軸或使用副軸牽引等時,必須由系統(tǒng)進行同步控制.機床一次性裝夾可完成全部工序的加工工藝,避免多臺機床之間的搬遷裝卸,消除多次裝夾引起的加工誤差,提高加工精度,進而減輕勞動強度,提高工效.

圖12 系統(tǒng)控制同步

7 仿真加工

選擇主菜單“仿真”下“仿真選項”子菜單,在彈出對話框中選勾“仿真循環(huán)”,按“確定”開始仿真(如圖13所示).仿真便于檢查程序程式以及檢驗加工工序的正確性.打開“仿真”選項,通過“仿真選擇”的不同選項,檢查所編寫的程式,同時還可以輸出不同的碰撞類型,刀具夾持碰撞、快進移動時刀具和毛坯的碰撞等,一旦有碰撞發(fā)生,會彈出警告提示,從而保證編寫程式的準(zhǔn)確性.

圖13 仿真加工

PartMaker數(shù)控編程軟件提供全機床仿真,以觀察機床的實際運動,包括刀具夾持、機床部件等,便于了解程序程式在實際機床中的運動狀態(tài),以檢查仿真過程中構(gòu)成機床和所有毛坯元素之間的所有干涉都會被檢測,真實展現(xiàn)機床全部工作狀況.

PartMaker數(shù)控編程軟件提供了實體模型對比功能,在材料去除加工后,可以把加工的結(jié)果與零件CAD模型進行比較,用不同顏色顯示過切和少切,方便檢驗NC程式的正確與否.若采用手動編程,只能在加工完成后才能知道結(jié)果,不但浪費加工時間,還浪費材料成本.

8 生成NC代碼

當(dāng)模擬仿真確認無誤后,選擇相應(yīng)后處理,產(chǎn)生適合機床加工的NC代碼.

至此,整個零件的編程加工工作完成.

9 結(jié)束語

通過以上在PartMaker數(shù)控編程軟件中對復(fù)合機床加工編程的研究可知,知識庫、特征技術(shù)的運用和同步加工優(yōu)化,可大大降低復(fù)雜零件編程難度,具有編程工作量小、編程簡單等特點,可縮短加工時間,大大提高編程效率.

[1]樊鐵錘.PartMaker助你提高零部件的編程效率和機床加工效率[EB/OL].[2014-12-2]:國際機床網(wǎng):MyCIMT.com,

[2]章偉涌.基于PartMaker的車銑復(fù)合機床多刀塔同步加工設(shè)置[J].制造技術(shù)與機床,2013 (4):25-27.

[3]GIBBSCAM2009教程[M].Machining With MTM,2014:39-41.

(責(zé)任編輯 王海雷)

TG659

A

1008-293X(2015)08-0071-06

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2015.08.14

2015-01-14

浙江省高教課堂改革研究項目(kg2013797)

章偉涌(1963-),男,浙江諸暨人,工程師,主要研究方向:CAD/CAM機械計算機輔助設(shè)計與制造.