基于NX平臺的軸類零件數(shù)控車削加工研究*

孫 慧

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系 內(nèi)蒙古包頭014030）

通常情況下，在數(shù)控車削加工中主要采用手工編程的方法，其效率比較低，準(zhǔn)確性差[1]。目前，數(shù)控車削加工普遍采用 CAXA 、NX、Mastercam等 CAD/CAM軟件進(jìn)行自動編程，使得一些計算繁瑣，手工編程困難或無法編出的程序順利地實現(xiàn)[2-3]。

NX是由Siemens PLM Software公司開發(fā)的一款CAD/ CAM/ CAE 一體化參數(shù)化軟件，包含了實體建模、仿真裝配、工程圖、數(shù)控編程等模塊。在工件加工過程中，結(jié)合NX強(qiáng)大的參數(shù)化功能，以及后處理器支持多種類型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)功能，可快速自動生成NC程序，縮短編程人員的編程時間，提高NC程序的正確性和安全性，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率[4-6]。

本文針對典型軸類零件進(jìn)行數(shù)控車削加工研究。從分析零件加工工藝性到創(chuàng)建三維實體模型，從創(chuàng)建加工操作、虛擬仿真加工、生成數(shù)控NC程序、機(jī)床加工零件、工件檢測等方面介紹加工過程。

1 分析零件加工工藝性

1.1 分析零件圖

零件如圖1所示，是一個由球頭面、螺紋、錐形外圓、外圓柱面構(gòu)成的外形較復(fù)雜的軸類零件，材料為鋁合金棒材，毛坯尺寸為Φ40 mm×90 mm。

1.2 制定加工方案

設(shè)定毛坯的右端面中心為工件加工坐標(biāo)系，根據(jù)零件的加工精度、粗糙度要求及綜合粗、精加工考慮，確定的加工工序如下：

圖1 零件示意圖

（1）車削右端面，選用“800”外圓粗車刀，加工方法為LATHE_ ROUGH，一次加工成形。

（2）粗加工R8球頭面、Φ20圓柱面等外輪廓，選用800外圓粗車刀，加工方法為LATHE_ROUGH，面和徑向余量均為0.1 mm。

（3）精加工R8球頭面、Φ20圓柱面等外輪廓，選用550外圓精車刀，加工方法為LATHE_FINISH，尺寸一次性加工成形。

（4）車削4×Φ16退刀槽，選用刀寬為4 mm的切槽刀，尺寸一次性加工成形。

（5）車削 M20×1.5外螺紋，選用“600”螺紋尖刀，尺寸一次性加工成形。

2 創(chuàng)建三維實體模型

（1）通過機(jī)械零件手冊查詢得知M20×1.5螺紋的小徑為Φ18.376 mm。

（2）螺紋實體在建模時不必生成，而通過螺紋加工操作來實際控制。

（3）啟動NX軟件，進(jìn)入CAD建模環(huán)境，通過圓柱體、圓錐、球體等命令，創(chuàng)建軸的三維實體模型，結(jié)果如圖2所示。

圖2 實體模型

3 創(chuàng)建加工操作

3.1 進(jìn)入加工環(huán)境

進(jìn)入 NX/CAM 加工環(huán)境，彈出“加工環(huán)境”對話框，選擇“turning”選項，單擊“確定”按鈕。

3.2 創(chuàng)建幾何體

1）創(chuàng)建機(jī)床坐標(biāo)系

在“工序?qū)Ш狡鳌敝?，調(diào)整到幾何視圖狀態(tài)，雙擊MCS_SPINDLE，系統(tǒng)彈出“MCS主軸”對話框，設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)系為（70 0），單擊“確定”按鈕。

2）創(chuàng)建部件幾何體

在“工序?qū)Ш狡鳌敝校p擊MCS_SPINDLE節(jié)點下WORKPIECE，系統(tǒng)彈出“工件”對話框，單擊幾何體列表中“指定部件”，選擇圖2實體模型，單擊“確定”按鈕。

3）創(chuàng)建毛坯幾何體

在“工序?qū)Ш狡鳌敝校p擊WORKPIECE節(jié)點下TURNING WORKPIECE, 系統(tǒng)彈出“車削工件”對話框，單擊幾何體列表中“指定毛坯邊界”，彈出“選擇毛坯”對話框，設(shè)置毛坯為棒料，安裝位置為工件最左段，毛坯長度為70 mm，直徑為Φ40 mm，單擊“確定”按鈕。

3.3 創(chuàng)建刀具

在“創(chuàng)建刀具”對話框中，分別創(chuàng)建OD_80_L外圓粗車刀具，刀具號為1；OD_55_L外圓精車刀具，刀具號為2；OD_GROOVE_L切槽刀，刀具號為3；OD_THREAD_L螺紋尖刀，刀具號為4。

3.4 指定車削加工橫截面

在“車加工橫截面”對話框中，選擇步驟為“體”，單擊“簡單截面”按鈕后，單擊鼠標(biāo)“中鍵”確定。

3.5 創(chuàng)建加工操作

（1）車削右端面。子類型為面加工，刀具為OD_80_L，幾何體為TURNING WORKPIECE，名稱為CX1。切削策略為單向線性切削，切削深度為變量平均值，最大值為1 mm，最小值為0，離開刀軌點為（20 50），主軸轉(zhuǎn)速為1 200 r/mim，進(jìn)給量為0.2 mm/r，其余按默認(rèn)設(shè)置，生成刀軌路徑，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 端面精加工刀路軌跡

（2）粗車外輪廓。子類型為外側(cè)粗車，刀具為OD_80_L，幾何體為TURNING WORKPIECE，名稱為 CX2。切削策略為單向線性切削，切削深度為變量平均值，最大值為2 mm，最小值為0，粗加工余量面和徑向均為0.1 mm，離開刀軌點為（10 ,40），主軸轉(zhuǎn)速為1 200 r/mim，進(jìn)給量為0.3 mm/r，其余按默認(rèn)設(shè)置，生成刀軌路徑，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 外輪廓粗車刀路軌跡

（3）精車外輪廓。子類型為外側(cè)精車，刀具為OD_55_L，幾何體為TURNING WORKPIECE，名稱為CX3。離開刀軌點為（5, 40），主軸轉(zhuǎn)速為1 500 r/mim，進(jìn)給量為0.2 mm/r，其余按默認(rèn)設(shè)置，生成刀軌路徑，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 外輪廓精車刀路軌跡

（4）車削退刀槽。子類型為外側(cè)開槽，OD_GROOVE_L切槽刀，幾何體為 TURNING WORKPIECE，名稱為 CX4。軸向修剪平面 2，限制選項點為（35, 8），勾選附加輪廓加工，離開刀軌點為（35, 25），主軸轉(zhuǎn)速為800 r/mim，進(jìn)給量為0.1 mm/r，其余按默認(rèn)設(shè)置，生成刀軌路徑，結(jié)果如圖6 所示。

（5）車削外螺紋。子類型為外側(cè)螺紋加工，OD_GROOVE_L切槽刀，幾何體為 TURNING WORKPIECE，名稱為CX5。起始偏置為 2 mm，終止偏置為3 mm，切削深度為恒定0.3 mm，螺紋頭數(shù)為 1，螺距為恒定 1.5 mm，主軸轉(zhuǎn)速為 600 r/mim。并選擇螺紋形狀頂線和根線如圖7所示，其余按默認(rèn)設(shè)置，生成刀軌路徑，結(jié)果如圖8所示。

圖7 定義螺紋頂線和根線

圖8 螺紋刀路軌跡

3.6 虛擬仿真加工

在“工序?qū)Ш狡鳌敝?，選擇NC-PROGRAM，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“刀軌”-“確認(rèn)”按鈕，系統(tǒng)彈出“刀軌可視化”對話框，切換到3D動態(tài)，單擊“播放”按鈕，系統(tǒng)開始進(jìn)行仿真加工，結(jié)果如圖9所示。

圖9 仿真加工

4 生成數(shù)控NC 程序

在“工序?qū)Ш狡鳌敝?，選中全部加工程序，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“后處理”按鈕，系統(tǒng)彈出“后處理”對話框，選擇“LATHE_2_AXIS_TOOL_TIP”后處理器，單位設(shè)置為“公制/部件”，單擊“確定”按鈕，生成NC程序。

4.1 機(jī)床加工零件

將生成的NC程序?qū)氲紺K6136數(shù)控車床上，安裝毛坯、刀具，并進(jìn)行對刀，完成零件實際加工，結(jié)果如圖10所示。

圖10 工件實物圖

4.2 工件檢測

最后對加工零件進(jìn)行尺寸、粗糙度檢測，數(shù)值完全符合圖紙標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過對軸類零件工藝分析，制定了合理的數(shù)控加工工藝，選擇合適的加工方法，設(shè)置了合理的加工參數(shù)，并后處理生成了 NC 程序，然后傳輸?shù)紺K6136數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行實際加工，并對工件尺寸、精度進(jìn)行檢測，完全符合尺寸圖紙要求。該方法可以免去較復(fù)雜軸類零件編程時節(jié)點的計算，極大地縮短了零件從設(shè)計到加工的周期，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

[1]陳蕊蕊.面向數(shù)控系統(tǒng)的車削加工仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2014.

[2]陳春榮. CAXA數(shù)控車軟件在實際加工中的應(yīng)用分析[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊,2014(7):295-296.

[3]王瑋,張紋.CAXA數(shù)控車軟件在實際加工中的應(yīng)用分析[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2009(1):51-52.

[4]何晶昌,申龍,程虎,等.基于 UG自動編程的數(shù)控車削加工[J].機(jī)械制造與自動化,2010(4):43-46.