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

[摘 要]壓氣機(jī)罩殼內(nèi)外型面均為回轉(zhuǎn)曲面，其數(shù)控加工程序的編制只能借助CAM軟件完成。本文針對(duì)壓氣機(jī)罩殼，設(shè)計(jì)了零件加工工藝，介紹了基于NX車(chē)削自動(dòng)編程過(guò)程，并且使用自建的后置處理構(gòu)造器生成符合加工人員實(shí)際操作的機(jī)床程序。編制的壓氣機(jī)罩殼數(shù)控加工程序在FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，結(jié)果滿(mǎn)足零件的工藝技術(shù)要求。

[關(guān)鍵詞]車(chē)削;數(shù)控編程;仿真;NX

[中圖分類(lèi)號(hào)] G459 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)]1008-4649（2021）01-0092-05

Abstract：The internal and external surfaces of the compressor housing are all rotary surfaces， and the NC machining program can only be programmed by CAM software. In this paper， the machining process of the compressor Housing is designed， the NX based auto-programming process is introduced， and the self-built post-processing constructor is used to generate the machining program. The NC machining program of the compressor housing is tested on the CNC lathe of Fanuc System， and the results meet the technological requirements of the parts.

Key words：Turning;CNC programming;Simulation;NX

生產(chǎn)實(shí)際中，數(shù)控車(chē)削加工零件其母線(xiàn)多為直線(xiàn)和圓弧組成，編程相對(duì)簡(jiǎn)單。壓氣機(jī)罩殼內(nèi)外型面主要為回轉(zhuǎn)曲面，母線(xiàn)為非園曲線(xiàn)，其數(shù)控編程必須借助CAM軟件來(lái)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(chē)削模塊提供了豐富的功能，可滿(mǎn)足各類(lèi)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(duì)復(fù)雜的非圓曲線(xiàn)輪廓的模型更具有優(yōu)勢(shì)。

以NX軟件為代表的CAM軟件數(shù)控車(chē)削編程過(guò)程，如圖1所示。

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。

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(chē)大端內(nèi)外型面，再夾持大端法蘭臺(tái)階粗精車(chē)小端內(nèi)外型面。大端選用外圓車(chē)刀及內(nèi)孔車(chē)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(chē)外形。小端內(nèi)型選用內(nèi)孔車(chē)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(jiàn)表1。

CAM程序編制及加工

進(jìn)入NX加工模塊后，需要對(duì)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。

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(chē)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(jí)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(chē)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(xiàn)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(xiàn)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(chē)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(guò)程幾何體）的傳遞，各幾何體層級(jí)關(guān)系可設(shè)置為圖4所示。MCS下WORKPIECE可自動(dòng)繼承經(jīng)過(guò)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(jí)關(guān)系如圖4所示。

刀具定義

NX可以通過(guò)模板創(chuàng)建或者從刀具庫(kù)中調(diào)用刀具。點(diǎn)擊創(chuàng)建刀具圖標(biāo)，在模板中類(lèi)型選擇“turning”，可創(chuàng)建車(chē)削類(lèi)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(lèi)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(chē)刀、內(nèi)孔車(chē)刀以及霸王刀的定義。外圓車(chē)刀選擇80°C型刀具左偏車(chē)刀OD_80_L，既可以加工外圓也可以加工端面。內(nèi)孔車(chē)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。

工序創(chuàng)建

NX中創(chuàng)建工序的過(guò)程類(lèi)似，本文以創(chuàng)建外圓車(chē)削工序進(jìn)行說(shuō)明。點(diǎn)擊創(chuàng)建工序圖標(biāo)，如圖6所示，工序子類(lèi)型選擇外徑粗車(chē)，依次設(shè)置好刀具，幾何體選項(xiàng)，彈出外徑粗車(chē)工序?qū)υ?huà)框，如圖7所示。

依次對(duì)選擇左側(cè)選項(xiàng)對(duì)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(xiàn)速度、進(jìn)給速度等參數(shù)。“策略”欄中勾選“附加輪廓加工”，選擇“全部精加工”選項(xiàng)，?！坝嗔?、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(jiǎn)介，易于識(shí)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(wú)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(jiàn)圖8。

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(guò)程模擬。刀軌無(wú)誤后就可以通過(guò)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(duì)工序進(jìn)行后處理，如圖10所示。在后處理對(duì)話(huà)框中“后處理器”選用自開(kāi)發(fā)的FANUC 0i Mate-TC2軸車(chē)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。

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(guò)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(pán)裝夾。調(diào)頭車(chē)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(duì)刀。為保證內(nèi)型面接刀準(zhǔn)確，內(nèi)孔車(chē)刀對(duì)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(cè)，尺寸公差、形位公差、表面粗糙度滿(mǎn)足零件設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)圖11。

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(guò)對(duì)NX車(chē)削自動(dòng)編程過(guò)程的研究及工藝設(shè)計(jì)，解決了壓氣機(jī)罩殼這類(lèi)非圓曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件數(shù)控加工編程難題。經(jīng)過(guò)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(duì)其它類(lèi)似的零件數(shù)控車(chē)削加工具有一定的借鑒意義。

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[責(zé)任編輯 李 帆]