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利用CAXA实现复杂轮廓零件的自动编程
利用CAXA实现复杂轮廓零件的自动编程
09:37:45&&作者：佛山市高明区技工学校郑新明黄文海&&来源：
当今制造业飞速发展，新技术、新设备不断涌现。数控车床的功能也在不断增强，但主要还是以经济型机床为主。经济型机床一般只能实现直线插补和圆弧插补，当遇到加工零件轮廓含有椭圆、双曲线和正弦曲线等非圆曲线时，手工编程就只能用宏程序指令编程，但一些经济型数控车床的宏程序指令并不是很完善。本文通过利用CAXA数控车2008自动编程软件及相关通讯软件，实现复杂轮廓零件在GSK980T系统数控车床上的车削加工，并能保证零件的加工精度，进一步拓宽经济型数控车床的加工范围。
　　当今制造业飞速发展，新技术、新设备不断涌现。数控车床的功能也在不断增强，但主要还是以经济型机床为主。经济型机床一般只能实现直线插补和圆弧插补，当遇到加工零件轮廓含有椭圆、双曲线和正弦曲线等非圆曲线时，手工编程就只能用宏程序指令编程，但一些经济型数控车床的宏程序指令并不是很完善。本文通过利用CAXA数控车2008自动编程软件及相关通讯软件，实现复杂轮廓零件在GSK980T系统数控车床上的车削加工，并能保证零件的加工精度，进一步拓宽经济型数控车床的加工范围。
　　在车削加工中，复杂轮廓零件并不少见。如果因为工厂机床功能不能实现加工，因此失掉订单的话，对小型加工厂而言，的确有点可惜。前段时间，有人请笔者帮忙加工一模具部件的试件，其主要轮廓曲线为正弦曲线y=2sin(2π/16x)和y=0.12x2的抛物线(如图2)。他公司生产用的数控车床为广州数控GSK980T系统，很难用手工编程实现该零件的加工。故笔者利用CAXA数控车自动编程软件对该零件进行刀具加工轨迹生成，自动生成加工程序，并设法使PC机与数控设备间建立通讯，利用DNC方式实现了试件的加工。
　　一、计算机自动编程的认识
计算机自动编程是当前最先进的数控加工编程方法，它是利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、加工轨迹生成与加工仿真及数控加工程序生成的全过程。操作过程简单、出错率低。图1为数控车自动编程、加工的过程图示，其中工件图形计算机化是以CAXA数控车自带的二维绘图功能实现。数控车加工工艺规划主要包括机床选择、刀具参数、切削参数、切削精度、切削次数、走刀方向和编程原点等。
　　图1数控车自动编程的流程
　　二、加工图样分析
该零件中难加工的部分主要是正弦曲线和抛物线加工。如果采用宏程序编程，数学建模将比较麻烦，编写程序时容易输错，修改程序难度大，调试辅助时间长，不符合实际生产要求。另外，GSK980T数控系统的宏指令功能十分有限，很难保证宏程序的顺利执行。若使用自动编程则可很方便地解决上述困难，且刀具轨迹的生成及仿真过程便于检验刀具及参数选择的合理性。由于是单件加工，在生产工艺上并不需要较多地考虑。加工时采用一次装夹，先进行外圆轮廓加工，然后切槽，最后是螺纹部分的加工。
　　图2零件图
　　三、自动编程操作过程
　　1.零件图形计算机化
CAXA数控车2008软件中自带有二维绘图功能，进入CAXA的操作界面后，利用“绘图工具栏”中的“直线”、“等距线”和“圆”等功能绘制基本轮廓，如图3所示。
　　图3软件界面
绘制抛物线y=0.12x2和正弦曲线y=2sin(2π/16x)要利用“曲线生成(C)”中的“公式曲线”功能。“公式曲线”是指能用数学表达式进行数学描述的曲线。在“公式曲线”功能中，我们只需将曲线的数学表达式准确地转化成由一个自变量组成的两个方程式就行了。其设置对话框如图4所示。
　图4公式曲线对话框
　　其中，t为自变量(也可以为任意字母)，X(t)与机床的Z轴对应，Y(t)则对应于机床的X轴。精度是指样条拟合公式曲线所要达到的精确程度，该值越小，曲线拟合越平滑，但对应生成的程序段也会越多。
　　图4所示为已经设置好的正弦曲线y=2sin(2π/16x)和抛物线y=0.12x2，对于抛物线的定位相对简单，根据定位点定位即可。而对于正弦曲线，须根据正弦曲线的最低点与轴心线的距离为12mm，与抛物线交于离右端面距离为16mm的两个条件，作两条水平线，使正弦曲线谷底与距轴心线为12mm的水平线相切，再利用“平移”功能和正弦曲线与另一条水平线的交点(有多个，取一个位置偏右的)即可正面定位正弦曲线。具体操作如图5所示。
　图5具体操作
　　最后，进行必要的裁剪、倒角和倒圆便可得到想要的图形，如图6所示。
　　2.机床设置
在生成刀具走刀轨迹前，应根据实际加工机床进行机床设置，使自动生成的程序能在机床上运行。具体操作为：点击菜单栏中的“数控车(P)”选项，选择“机床设置(M)…”，绘图窗口将弹出设置对话框。在“机床设置”对话框中对机床的指令和程序格式等进行设置，如图7所示。
　　图7机床类型设置对话框
　　3.后置处理设置
后置处理就是针对特定的机床，对后置输出的数控程序进行格式设置。具体操作为：点击菜单栏中的“数控车(P)”选项，选择“后置处理设置(P)…”，在“后置处理设置”对话框中进行各项设置，这里使用软件的默认设置，如图8所示。
　　图8机床类型设置对话框
4.曲面粗车刀具轨迹生成
点击菜单栏中的“数控车(P)”，选择“轮廓粗车(R)…”选项，绘图窗口将弹出设置对话框。所有参数的设定主要用于对粗车加工中的各种工艺条件和加工方式进行限定，设置过程需要有一定的加工操作经验，并参照机床功率、刀具切削加工性和材料的切削性能等，针对加工实际情况完成对话框各列表的设置，如图9～图12所示。
　图9加工参数列表
　　完成上述设定后，按“确定”键完成设置，系统在状态栏中将提示“拾取加工工件表面轮廓”，按提示完成工件待加工表面轮廓的选择并按右键结束选择，屏幕又提示“拾取定义的毛坯轮廓”，按提示完成毛坯轮廓的选择，并按右键结束选择。屏幕将进一步提示“输入退刀点”，按提示拾取或直接输入退刀点坐标，完成最后的操作。此时屏幕将按先前设置好的颜色显示生成的刀具轨迹，如图13所示。
　　图13刀具加工轨迹
　　5.轨迹仿真
　　点击菜单栏中的“数控车(P)”，选择“轨迹仿真(S)…”，然后按屏幕提示完成各项操作，最后出现如图14～图16所示外圆粗、精加工和切槽仿真加工过程界面。
通过仿真加工能检验加工参数设置是否合理。
　　6.程序代码生成
点击菜单栏中的“数控车(P)”，选择“代码生成(G)…”，绘图窗口将弹出设置对话框。在对话框中输入将生成的程序名，按“打开”键将其打开，接着按屏幕提示拾取刀具轨迹并按右键结束选择(这里特别注意拾取的顺序，先加工的先拾取，不能乱了顺序，否则在实际加工中容易出现撞刀事故)，此时屏幕将弹出已打开的程序文件，如图17所示。
　　7.程序传输
　　由CAXA软件自动生成的程序，经仿真检验没有错误后，就可以传输至数控车床上或直接进行DNC加工，详细操作可参照广州数控GSK980T数控系统操作说明书。传输过程可采用广州数控设备厂提供的接线口及专用传输软件进行。
　　四、加工机床操作
　　1.机床上程序再校验
　　在传输过程中，为防止在PC机中输入的文件出错或传输过程中数据的丢失，在机床上同样需要再一次校验，在锁定机床功能情况下，空运行并观察作图轨迹是否与目标轮廓一致。
　　2.装刀对刀操作
　　加工时所选用的车刀，应与自动编程生成走刀轨迹时所选用的刀具参数相一致。对刀时，应切记工件坐标原点一定要和自动编程中绘图原点相一致，否则将出现坐标偏移，造成加工事故。当试切右端面定Z轴坐标时，此时输入的Z轴坐标值应为Z0mm。X轴的对刀按正常测量值输入即可。
　　五、结语
　　(1)宏程序的学习对于一线的生产工人有一定的困难，况且不同系统的宏程序功能有较大的差异，本文所述的方法能较好地解决该类不足。
　　(2)应用CAD/CAM软件的自动编程功能(如CAXA数控车)，将一些回转轮廓是非圆曲线(如椭圆、抛物线和双曲线等)的零件进行自动编程加工，扩大数车的加工范围。
　　(3)通过自己的实践操作，实现软件的自动编程、PC机与数控系统的数据通讯，在教学和生产上都将实现较好的效益。
　　(4)自动编程能够适应不同系统的加工，对操作者来说，节省时间，便于操作，特别对于企业来说，能够提高工作效率，降低对劳动者的操作技能要求。
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