CAXA數(shù)控車手動(dòng)編程與自動(dòng)編程的比較研究

韋洪新，曾 高

(景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333000)

數(shù)控車床加工編程的方式有手工編程和自動(dòng)編程兩種，其中手工編程是G71,G76等加工指令對(duì)零件進(jìn)行編程，自動(dòng)編程是使用軟件進(jìn)行編程，常見的軟件有UG軟件，CAXA軟件等[1]。CAXA數(shù)控車軟件具有CAD軟件的繪圖功能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能，對(duì)于DWG、DXF等格式的文件都能打開，這款軟件自帶圖框，表面粗糙度符號(hào)，國(guó)標(biāo)圖庫(kù)等，在繪制圖紙時(shí)非常方便。在數(shù)控車加工上，可以對(duì)復(fù)雜的圖紙生成加工軌跡，滿足市場(chǎng)上多款加工系統(tǒng)。CAXA軟件可以根據(jù)程序逆向出加工軌跡，減少繪圖時(shí)間，完成輪廓加工，軟件的穩(wěn)定性絲毫不遜于其他軟件[2]。本文以 CAXA 2013數(shù)控車為平臺(tái)，對(duì)橢圓軸零件進(jìn)行加工工藝分析和仿真，研究和探索了自動(dòng)編程和手動(dòng)編程的加工模式，為工業(yè)產(chǎn)品在加工制造時(shí)選擇合理的編程方式提供指導(dǎo)與參考。

1 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)分析

橢圓軸零件圖紙如圖1所示，整個(gè)零件除去常規(guī)的外圓和內(nèi)孔還設(shè)計(jì)了凹橢圓，外螺紋，外圓弧等結(jié)構(gòu)，零件的最大輪廓為Φ70×115mm零件比較大，加工難度較大，要仔細(xì)分析，安排合理的加工工藝，方便零件的加工。

圖1 橢圓軸圖紙

1.2 技術(shù)要求

零件左端尺寸為Φ32mm內(nèi)孔，右端外圓錐面的角度為40°，大端的直徑為Φ60mm，整個(gè)外圓錐面的長(zhǎng)度為32mm，最右端設(shè)計(jì)M30外螺紋，橢圓軸的默認(rèn)表面粗糙度Ra=3.2μm，在車削加工時(shí)，Ra=3.2μm的表面粗糙度很容易達(dá)到，經(jīng)濟(jì)加工精度為IT9級(jí)。

零件的Φ32mm內(nèi)孔，Φ60mm外圓，Φ32mm外圓表面粗糙度Ra=1.6μm，在車削加工時(shí)，1.6μm的表面粗糙度比較難達(dá)到，再加上零件整體尺寸比較大，加工時(shí)比較危險(xiǎn)，所以需要使用回轉(zhuǎn)頂尖頂住工件的端面，保證加工表面的質(zhì)量。橢圓軸以左端的Φ60mm外圓為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)B，Φ70mm外圓為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)A，Φ60mm外圓端面與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)B的平行度為0.03mm。

Φ32mm外圓和Φ60mm外圓以及Φ32mm內(nèi)孔與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)A的同軸度為0.025mm。

1.3 確定毛坯

棒料在選擇的時(shí)候軸向余量單邊一般取5mm，直徑余量根據(jù)棒料的規(guī)格取最接近的即可，根據(jù)零件圖紙要求，選擇45號(hào)鋼，毛坯尺寸為Φ75×120mm圓鋼棒料。

1.4 確定表面加工方案

就整個(gè)零件進(jìn)行分析，需要使用到車削、鉆削兩種加工類型。在加工橢圓軸時(shí)使用粗車—半精車—精車的方式加工外輪廓和內(nèi)孔，螺紋的加工選擇車削加工，螺紋退刀槽的加工選擇切槽刀加工，在車內(nèi)孔之前需要進(jìn)行鉆孔，以方便內(nèi)孔車刀的加工。

1.5 選擇定位基準(zhǔn)

粗加工基準(zhǔn)的選取有具體的標(biāo)準(zhǔn)，比如以不加工的表面為粗加工基準(zhǔn)等，但是不管以哪種類型為加工基準(zhǔn)，都要方便加工，方便裝夾等，本次設(shè)計(jì)以毛坯面為粗加工基準(zhǔn)[3]。軸類零件的精加工基準(zhǔn)要方便裝夾，裝夾面的長(zhǎng)度要稍長(zhǎng)，使裝夾穩(wěn)定，橢圓軸的精加工基準(zhǔn)選擇Φ70外圓。

1.6 選擇機(jī)床設(shè)備與工藝裝備

本次加工選擇數(shù)控車床，型號(hào)確定為CK6140，配置FANUC 0iT編程系統(tǒng)，機(jī)床配置冷卻系統(tǒng)、四工位刀架、車床尾座、機(jī)床照明設(shè)備等組成，夾具選擇三爪卡盤，刀具安排如表1所示。

表1 刀具列表

1.7 設(shè)計(jì)加工工藝切削用量

表2 橢圓軸零件數(shù)控加工工藝過程表

橢圓軸加工工藝過程中牽扯到的切削用量等可以參照表2所示，在計(jì)算切削用量的時(shí)候，只能由相關(guān)公式計(jì)算一個(gè)參考值，加工時(shí)要根據(jù)加工的實(shí)際情況來調(diào)整轉(zhuǎn)速和進(jìn)給的百分比，同時(shí)與操作者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，以橢圓軸的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，例如本次計(jì)算的轉(zhuǎn)速是600r/min，在加工時(shí)可以使用75%或者120%等轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工。

2 編寫手動(dòng)加工程序

2.1 編程的基本介紹

車削加工編程的時(shí)候首先要確定加工零點(diǎn)，一般就是圓柱的圓心位置，以這個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后再根據(jù)數(shù)控車床的語(yǔ)言賦予指令，比如G1，G2等指令，然后再加一個(gè)循環(huán)指令，比如G71等。本次設(shè)計(jì)的特殊位置為拋物線結(jié)構(gòu)，需要使用宏程序，需設(shè)置程序的變量來完成。

2.2 橢圓軸的編程

FANUC系統(tǒng)數(shù)控程序橢圓軸車削右端面外圓程序及主要說明(其他步驟為普通編程，略)如下：

O0002

T0101

M3S600 確定車削加工時(shí)主軸的轉(zhuǎn)速和方向

G0X75 刀具從X方向快速的逼近零件

Z10 刀具從Z方向快速的逼近零件

G71U1R1 設(shè)置G71的進(jìn)刀量和退刀量

G71P30Q50U0.5F0.2 設(shè)置G71的循環(huán)加工區(qū)間

N30G1X54F0.1 刀具到加工0點(diǎn)

Z0 刀具到加工0點(diǎn)

G03X60Z-3R3 加工R3圓弧

G1Z-15 加工Φ60外圓

#1=10 變量1：橢圓長(zhǎng)軸

#2=5 變量2：橢圓短軸

#3=0 變量3：確定中心位置

N35#4=#2*SQRT[#1*#1-#3*#3]/#1

變量4：確定計(jì)算公式

G01 X[70-2*#4] Z[#3-15] 對(duì)變量4和變量3進(jìn)行賦值

#3=#3-0.1 每次加工0.1mm

IF[#3GE-10]GOTO35 確定橢圓中點(diǎn)

G1X70 加工Φ70外圓

Z-50 加工Φ70外圓

N50G0X75 刀具從X離開工件，達(dá)到安全點(diǎn)

Z100 刀具從Z離開工件，達(dá)到安全點(diǎn)

G70P30Q50 G70指令對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精加工

M05

M30

其中#1表示的是長(zhǎng)半軸，#2表示的短半軸，#3表示的是橢圓軌跡的起點(diǎn)距橢圓中心的Z向距離，#4就是上面的數(shù)學(xué)公式，G01 X[70-2*#4] Z[#3-15]表示的是橢圓的位置，將前面的計(jì)算轉(zhuǎn)化為車床坐標(biāo)，#3=#3-0.1每次加工的距離，IF[#3GE-10]GOTO35是一個(gè)判斷語(yǔ)句。

2.3 零件加工圖的仿真模擬

將前面加工工藝的相關(guān)參數(shù)和自動(dòng)編程宏程序輸入到CAXA仿真系統(tǒng)中，在軟件中模擬出的加工實(shí)體模型如圖2所示。其他加工過程由于篇幅所限，在此不做過多介紹，最終由自動(dòng)編程所加工出的仿真圖如圖3所示。

圖2 右端面橢圓曲線仿真加工

圖3 零件自動(dòng)編程仿真結(jié)果

3基于CAXA的自動(dòng)編程

3.1 粗車加工右端面

圖4 樣條曲線

圖5 加工參數(shù)

刀具從工件外進(jìn)刀，以切削方式進(jìn)入切出，在退刀時(shí)不能碰到已經(jīng)加工完成的表面，本次車端面時(shí)選擇垂直退刀和進(jìn)刀[6]。軟件仿真中的刀具和實(shí)際加工的刀具要求一致，在刀具設(shè)置時(shí)除了基本的參數(shù)，刀具類型選擇端面車刀，對(duì)刀的方式在刀尖對(duì)刀和刀尖圓心對(duì)刀中選擇(兩種方式都可以)，但要和實(shí)際加工的對(duì)刀方式一致，然后刀具類型為普通刀具，刀具的偏置方向?yàn)樽笃?，除去這些重要的設(shè)置，然后修改刀尖的前角和后角還有刀尖半徑，這些參數(shù)買刀具的時(shí)候說明書上有，切削用量選擇轉(zhuǎn)速和圓弧擬合，本次設(shè)置的參數(shù)如圖6所示。

圖6 刀具參數(shù)

刀具設(shè)置完成之后，生成加工路線如圖7所示，路線仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7 刀具加工路線

圖8 路線仿真結(jié)果

圖9 自動(dòng)生成的程序

3.2 精車加工右端面

圖10 零件自動(dòng)編程仿真結(jié)果

圖11 零件造型圖

4 結(jié)論

將自動(dòng)編程和手動(dòng)編程的程序分別輸入到數(shù)控車床中進(jìn)行零件加工，加工結(jié)果表明自動(dòng)編程得到的橢圓軸外輪廓曲面的加工表面質(zhì)量和光潔度優(yōu)于手動(dòng)編程。另外，自動(dòng)編程代碼可通過串行接口直接輸入到車床系統(tǒng)內(nèi)，避免因手動(dòng)輸入引起的誤差，同時(shí)加工過程中自動(dòng)編程加工時(shí)間較短，加工效率較高。

對(duì)于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，程序的刀位點(diǎn)計(jì)算比較簡(jiǎn)單，程序段不多，“手工編程”比較方便。對(duì)于一些復(fù)雜的可以由數(shù)學(xué)模型表示的非圓曲面，編程人員可以選擇宏程序編程，該方法使用操作簡(jiǎn)單，刀具工藝路線思路清晰，方便調(diào)整程序等。綜上所述，在零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)選擇自動(dòng)編程更加方便，在零件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單時(shí)，手工編程是最合適的選擇。