簡易數(shù)控磨床編程及CAM后處理定制研究

蘇丹婭

摘要：針對制造業(yè)中微小軸類零件需要外圓磨床加工而開發(fā)的簡易型數(shù)控磨床，由于沒有現(xiàn)成的CAM后處理程序與之相適應(yīng)，所以應(yīng)用并不廣泛，本文通過對該機(jī)床的磨削程序研究出發(fā)，在Siemens NX10軟件的后處理（Postbuild）中構(gòu)建可以直接應(yīng)用在該類機(jī)床上的后處理器，輸出的程序可以直接使用在該機(jī)床的加工中。

Abstract： Aiming at small axial parts need in manufacturing cylindrical grinder processing and development of the simple nc grinding machine， because there is no ready-made corresponding CAM post-processing program， so is not widely used， this article through to the study of machine tool grinding process， in the post-processing （Postbuild） of Siemens NX10 software build after can be directly applied in the machine tool's processor， output of the program can be used directly in the machining process of the machine tool.

關(guān)鍵詞：簡易型數(shù)控磨床;后處理定制;磨削加工

Key words： simple CNC grinding machine;post-processing customization;grinding

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0083-02

1? 概論

隨著制造業(yè)技術(shù)的不斷提高，零件的加工精度要求也不斷提高，傳統(tǒng)依靠工人技術(shù)水平來保證零件精度的方式，也逐步轉(zhuǎn)變成依靠機(jī)床自動(dòng)化、智能化來保證加工精度的方式。在小、微零件制造中，零件加工的精度要求更高;特別是隨著我國社會(huì)中工業(yè)設(shè)備設(shè)備升級(jí)改造，設(shè)備維修、升級(jí)更需要將原有設(shè)備中的微小零件進(jìn)行替換，高精度的微小軸類零件所占比重較大，它們結(jié)構(gòu)緊湊，工作部分與軸體由同一毛坯加工出來，它們在傳統(tǒng)加工方式中由儀表車、仿形車、小型車床等設(shè)備加工而成，但它們的尺寸精度一般IT7～I(xiàn)T8，表面粗糙度值為Ra0.8，車削加工不能保證其精度，而外圓磨削床加工由于零件結(jié)構(gòu)限制往往不能順利加工。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，高精度的數(shù)控磨床使得此類零件的加工成為可能。

但在目前的機(jī)床市場中，高檔的小型數(shù)控磨床功能強(qiáng)大，主要針對生產(chǎn)規(guī)格較大、價(jià)格較高的零件加工，缺少適合中低用戶選擇的數(shù)控磨床。高檔的數(shù)控磨床可以使用砂輪（磨具）作為切削的刀具進(jìn)行復(fù)雜形狀的工件加工，并在磨床上增加自動(dòng)裝夾和修補(bǔ)砂輪機(jī)構(gòu)，具有很高的精度。

本文研究的是自制的簡易型數(shù)控磨床，針對加工的工件的材料為20Cr，熱處理后硬度打到62HRC，該零件為某精密機(jī)械的傳動(dòng)零件，如圖1所示。零件整體為階梯軸結(jié)構(gòu)，不同軸徑之間設(shè)計(jì)有越程槽，其上齒輪與階梯軸為一題結(jié)構(gòu)。各軸頸的外圓尺寸精度IT5，表面粗糙度為Ra0.4，需要選擇磨削作為精加工，零件同軸度要求高，需要在兩端加工中心孔并采用兩頂尖裝夾方式加工。

手動(dòng)編寫的磨削程序如下：

O0001;

G54G90;

M03S3000;

M33S300;

G00X-5。5;

G00Y10.0;

G01 Z10.5F20;

G71 A-0.01 B-0.02 W44 U80 I20 K10 H3;

G00 Y12.0;

G90 M05;

M55;

M30;

手工編寫的程序效率低且容易出錯(cuò)，不適合大量零件的編程加工，需要在CAM軟件上完成。CAM軟件編寫磨床程序有利于對零件進(jìn)行避讓，減少砂輪與工件的干涉和碰撞。本文采用Siemens NX10做為零件的編程軟件。

但由于Siemens NX10軟件中沒有可以直接用來后處理的程序，需要自己開發(fā)后處理程序。Siemens NX10數(shù)控編程的后置器由.def、.pui、.tcl三個(gè)文件組成。pui文件將刀路編譯為機(jī)床可以識(shí)別的NC代碼，程序中包含機(jī)床信息、刀具運(yùn)動(dòng)的加工坐標(biāo)、準(zhǔn)備指令（G代碼）以及其他輔助指令。由于數(shù)控磨床與數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)形式和指令系統(tǒng)相似，所以在Siemens NX10中采用在數(shù)控車后處理器的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，后處理界面如圖2所示。

采用在數(shù)控車后處理器的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡易型數(shù)控磨床后處理器的構(gòu)建，能夠快速構(gòu)建起數(shù)控磨床的數(shù)控磨床后處理器，數(shù)控車床與數(shù)控磨床同屬2D加工，在程序上具有很大程度上的相似性，其CAM刀具路徑也非常相似。

CAM編程形成的刀具路徑又稱為刀位文件（CLSF），CLSF文件記錄刀具加工過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、刀具的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等信息，數(shù)控外圓磨床加工時(shí)的主軸與工件均旋轉(zhuǎn)，而原始的后處理中并不能輸出砂輪的轉(zhuǎn)速，需要在Siemens NX10的后處理中添加砂輪主軸并設(shè)置其輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。這些設(shè)計(jì)好的模塊會(huì)與數(shù)控機(jī)床的NC程序指令對應(yīng)輸出，當(dāng)CLSF文件中有觸發(fā)模塊的事件存在，就會(huì)讀取模塊內(nèi)設(shè)置的指令集輸出合適的NC程序。

CLSF文件的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行編譯成為符合使用的數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼，本文簡易數(shù)控磨床的控制系統(tǒng)為mach3軟件，其控制程序與fanuc系統(tǒng)兼容，后處理修改時(shí)將磨床的砂輪旋轉(zhuǎn)指令編寫成MOM事件，相當(dāng)于將指令集編寫成“模塊”與NC程序中的換刀指令對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)控磨床的主軸功能。

在簡易型數(shù)控磨床后處理器中的定制中，需要對該磨床的常用參數(shù)設(shè)置正確，防止NC程序中存在的刀具路徑超出機(jī)床運(yùn)行范圍，數(shù)控磨床需要設(shè)置2個(gè)方向的極限行程以及砂輪主軸的極限轉(zhuǎn)速，在postbuild中定義的選項(xiàng)為Linear Motion Resolution參數(shù)，用以確定磨床最小移動(dòng)距離的大小為0.001mm，機(jī)床實(shí)際能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)精度為0.01mm。

此外還需要修改輸出的NC程序的格式，在Program & Tool Path選項(xiàng)中修改后處理出的NC程序的指令格式，使其默認(rèn)輸出的程序格式為TXT文本格式，便于控制系統(tǒng)識(shí)別。作為藍(lán)本的數(shù)控車后處理中會(huì)有本機(jī)床無法識(shí)別或使用的指令，可以通過篩選屏蔽掉不需要的指令，修改位置在N/C Data Definitions選單中，如圖4所示。

在構(gòu)建簡易型數(shù)控磨床后處理的過程中，需要反復(fù)對零件的CLSF編程刀路輸出nc程序，并進(jìn)行模擬加工，檢查程序的正確性，直到最終滿足機(jī)床需要。本文修改的符合要求后處理處理出的實(shí)際程序如下：

M03 S3000 T0101

G00 X500. Z73.096

M03S3500;

G00X-15;

G01Y22.0F200;

G71 A-0.02 B-0.02 W40U120 I15 K10 H3;

G00 Y12.0;

G90 M05;

M55;

M30;

2? 結(jié)論

在Siemens NX10中定制的簡易數(shù)控磨床后處理，可以在編制CAM程序后正確輸出符合Mach3系統(tǒng)的數(shù)控程序，達(dá)到高效使用該磨床進(jìn)行微小零件編程加工的目的。

參考文獻(xiàn)：

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