基于NX的壓氣機(jī)罩殼數(shù)控編程、仿真及加工*

陳 榮，向成剛，李 昊

(陜西工商職業(yè)學(xué)院 中德機(jī)電工程與汽車科技學(xué)院，陜西 西安 710119)

生產(chǎn)實(shí)際中，數(shù)控車削加工零件其母線多為直線和圓弧組成，編程相對簡單。壓氣機(jī)罩殼內(nèi)外型面主要為回轉(zhuǎn)曲面，母線為非園曲線，其數(shù)控編程必須借助CAM軟件來完成。NX是面向先進(jìn)制造業(yè)、CAD/CAM緊密集成的工業(yè)軟件，其數(shù)控車削模塊提供了豐富的功能，可滿足各類回轉(zhuǎn)體零件的數(shù)控編程需求。因此用NX進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工編程是一個(gè)很好的選擇，特別是針對復(fù)雜的非圓曲線輪廓的模型更具有優(yōu)勢。

以NX軟件為代表的CAM軟件數(shù)控車削編程過程，如圖1所示。

圖1 NX數(shù)控車削編程過程

一、壓氣機(jī)罩殼三維建模

壓氣機(jī)罩殼零件圖如圖2所示。該零件主體為回轉(zhuǎn)體，法蘭邊有10個(gè)Φ6.6mm孔及3個(gè)M6螺紋孔。三維建模利用NX草圖繪制回轉(zhuǎn)截面，旋轉(zhuǎn)后生成主體，利用孔及陣列功能做出Φ6.6mm孔及3個(gè)M6螺紋孔。建好后的三維模型如圖3所示。

圖2 壓氣機(jī)罩殼零件圖 圖3 壓氣機(jī)罩殼三維模型

二、加工工藝分析

根據(jù)壓氣機(jī)罩殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該零件加工分為兩次裝夾加工。先粗精車大端內(nèi)外型面，再夾持大端法蘭臺(tái)階粗精車小端內(nèi)外型面。大端選用外圓車刀及內(nèi)孔車刀。小端為避免接刀保證外型面一次切削完成，選用圓頭霸王刀，該刀具既可以縱向粗切又可以XZ兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)精車外形。小端內(nèi)型選用內(nèi)孔車刀。法蘭面孔系在其它機(jī)床上加工，不再詳述。整體加工工序安排見表1。

表1 壓氣機(jī)罩殼車加工工序

三、CAM程序編制及加工

進(jìn)入NX加工模塊后，需要對加工幾何、切削刀具、程序組等父節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行定義，為后續(xù)工序創(chuàng)建做好準(zhǔn)備。

1.加工幾何定義

加工幾何的設(shè)置包括加工坐標(biāo)系、工件、毛坯、車削幾何體以及非切削運(yùn)動(dòng)控制點(diǎn)位信息設(shè)置等。自己創(chuàng)建的模型都會(huì)自帶有層級關(guān)系的幾何體，只需設(shè)置就好。另有需要也可以在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建。

NX軟件加工坐標(biāo)系的設(shè)置應(yīng)該與機(jī)床坐標(biāo)系一致。因該零件加工分為兩次裝夾，進(jìn)入NX數(shù)控車編程模塊后，需要定義兩個(gè)加工坐標(biāo)系(MCS_MAIN_SPINDLE、MCS)，MCS_MAIN_SPINDLE為系統(tǒng)自帶，需要進(jìn)行設(shè)置，MCS為新建坐標(biāo)系，用于零件調(diào)頭加工。第一次裝夾的坐標(biāo)系(MCS_MAIN_SPINDLE)定義在大端端面與中心線相交位置，用于加工小端。第二次裝夾坐標(biāo)系(MCS)定義在大端法蘭面與中心線相交位置，用于加工大端。兩坐標(biāo)系ZM軸方向相反，X坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系X向一致。

在WORKPIECE_MAIN中指定工件幾何體為部件，毛坯采用包容圓柱體創(chuàng)建，調(diào)整為實(shí)際毛坯大小。

TURNING_WORKPIECE_MAIN用于定義車削工件的部件邊界和毛坯編輯，兩個(gè)選項(xiàng)均設(shè)置為自動(dòng)獲取方式。AVOIDANCE_MAIN用于定義起始點(diǎn)、逼近點(diǎn)、退刀點(diǎn)等非切削運(yùn)動(dòng)特殊點(diǎn)位信息，可根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況確定，要求符合不能和機(jī)床、工件、夾具發(fā)生干涉。為保證IPW(過程幾何體)的傳遞，各幾何體層級關(guān)系可設(shè)置為圖4所示。MCS下WORKPIECE可自動(dòng)繼承經(jīng)過第一個(gè)加工坐標(biāo)下工序完成后的幾何信息。創(chuàng)建完成的加工幾何體層級關(guān)系如圖4所示。

圖4 加工幾何層級關(guān)系 圖5 創(chuàng)建圓頭外圓槽刀

2.刀具定義

NX可以通過模板創(chuàng)建或者從刀具庫中調(diào)用刀具。點(diǎn)擊創(chuàng)建刀具圖標(biāo)，在模板中類型選擇“turning”，可創(chuàng)建車削類刀具，比如外圓刀、內(nèi)孔刀、切斷刀等；選擇“hole_making”可創(chuàng)建孔加工類刀具，比如鉆頭、絲錐、螺紋銑刀等。根據(jù)工藝的安排，按照上述方法分別進(jìn)行外圓車刀、內(nèi)孔車刀以及霸王刀的定義。外圓車刀選擇80°C型刀具左偏車刀OD_80_L，既可以加工外圓也可以加工端面。內(nèi)孔車刀選擇ID_80_L，霸王刀選用OD_GROOVE_L，修改其刀寬為4，半徑為2，如圖5所示。

3.工序創(chuàng)建

NX中創(chuàng)建工序的過程類似，本文以創(chuàng)建外圓車削工序進(jìn)行說明。點(diǎn)擊創(chuàng)建工序圖標(biāo)，如圖6所示，工序子類型選擇外徑粗車，依次設(shè)置好刀具，幾何體選項(xiàng)，彈出外徑粗車工序?qū)υ捒?，如圖7所示。

圖6 創(chuàng)建車削工序 圖7 工序創(chuàng)建對話框

依次對選擇左側(cè)選項(xiàng)對各選項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置?！爸饕敝性O(shè)置“切削深度”，“進(jìn)給率及速度”選項(xiàng)設(shè)置轉(zhuǎn)速或者線速度、進(jìn)給速度等參數(shù)?！安呗浴睓谥泄催x“附加輪廓加工”，選擇“全部精加工”選項(xiàng)，。“余量、公差、安全距離”欄中檢查余量設(shè)置，設(shè)置余量為零。這樣粗加工完后會(huì)進(jìn)行一次輪廓精加工，粗精加工一個(gè)工序完成。

“程序和機(jī)床控制”欄中“運(yùn)動(dòng)輸出”選項(xiàng)選擇“機(jī)床加工周期”，這樣后處理時(shí)G代碼輸出位循環(huán)指令代碼，程序更加簡介，易于識別、檢查。

點(diǎn)擊“生成”圖標(biāo)，生成刀軌。檢查刀軌是否符合預(yù)期，比如切削區(qū)域、非切削運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)位及運(yùn)動(dòng)方式(進(jìn)刀點(diǎn)、接近點(diǎn)、返回點(diǎn)等)、切削方向等。如不符合預(yù)期在相應(yīng)欄中進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。無誤后可進(jìn)行下一個(gè)工序的創(chuàng)建。壓氣機(jī)罩殼所有工序創(chuàng)建完成后的示例見圖8。

工序1 工序2 工序3 工序4 工序5

4.刀軌仿真及后處理

工序創(chuàng)建完成后，選擇需要仿真的工序，點(diǎn)擊確認(rèn)刀軌圖標(biāo)進(jìn)行切削仿真，模式選擇“3D動(dòng)態(tài)”，如圖9所示。點(diǎn)擊“播放”進(jìn)行切削過程模擬。刀軌無誤后就可以通過后處理器把刀軌文件轉(zhuǎn)成數(shù)控代碼(G代碼)。點(diǎn)擊“后處理”圖標(biāo)對工序進(jìn)行后處理，如圖10所示。在后處理對話框中“后處理器”選用自開發(fā)的FANUC 0i Mate-TC2軸車床后處理器，點(diǎn)擊確定就會(huì)生成數(shù)控代碼文件。此后處理器輸出代碼格式符合機(jī)床格式，并且可輸出G71、G72等循環(huán)指令。

圖9 工序仿真 圖10 后處理 圖11 加工完成的零件實(shí)物

5.數(shù)控加工

該零件數(shù)控加工在大連CK6136機(jī)床進(jìn)行，控制系統(tǒng)為FANUC 0i Mate-TC。通過網(wǎng)絡(luò)連接輸入代碼到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。按照順序安裝、調(diào)整好刀具。零件采用三爪卡盤裝夾。調(diào)頭車削時(shí)采用自鏜軟爪保證零件同軸度。零件每次裝夾后，利用百分表進(jìn)行找正，試切對刀。為保證內(nèi)型面接刀準(zhǔn)確，內(nèi)孔車刀對刀保證誤差在0.02毫米內(nèi)。加工時(shí)注意觀察，如出現(xiàn)震刀、纏屑等情況，實(shí)時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量，保證切削狀態(tài)良好。圖11為加工完成的零件。經(jīng)檢測，尺寸公差、形位公差、表面粗糙度滿足零件設(shè)計(jì)要求，見圖11。

四、總結(jié)

壓氣機(jī)罩殼為學(xué)院合作企業(yè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品，通過對NX車削自動(dòng)編程過程的研究及工藝設(shè)計(jì)，解決了壓氣機(jī)罩殼這類非圓曲線回轉(zhuǎn)體類零件數(shù)控加工編程難題。經(jīng)過程序的仿真及加工驗(yàn)證，結(jié)果顯示，相關(guān)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。此方法對其它類似的零件數(shù)控車削加工具有一定的借鑒意義。