试论基于AUTOCAD的三维建模在车削数控加工中的应用

毛献忠

齐河县机械厂

摘要：现代机械设计与制造领域中，数控加工自动编程（Automatic Programming，简称AP）和计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）已得到广泛运用，在科技发展的带动下实现了工艺设计自动化与计算机辅助设计以及辅助制造一体化。车削数控加工过程中可以使用VBA的机械加工方法对机械零件进行三维实体造型，这样可以有效实现车削数控加工过程中的设计与制造自动化，对缩短产品的开发周期、提高生产效率、节约人力以及物力资源有着重要意义。本文对基于AUTOCAD的三维建模在车削数控加工上的应用进行分析。

关键词：AUTOCAD；Master CAD软件；刀具路径

1、前言

现阶段CAD/CAM软件已广泛运用到数控领域，并且部分应用软件已实现了二维绘图、三维建模、刀具路径模拟、数控编程以及仿真模拟加工等多种功能于一身，简洁的图形界面和清晰的菜单结构可以帮助操作人员更好使用。由于基于AUTOCAD的三维建模对PC平台的低性能要求和灵活的性价比，使其在我国数控加工领域中有着十分广阔的应用前景，在机械产品的设计开发阶段，功能强大的绘图软件已取代了繁琐的手工绘图，高度的机械制造自动化已基本取代传统的产品加工工序，对提高产品的精读和缩短产品的开发周期有着重要意义。基于此因，本文对基于AUTOCAD的三维建模软件在车削数控加工中的实际应用进行研究。

2、车削数控加工编程

PING是一个具有几何定义和2、4轴等功能的数控自动编程系统，一般都使用在零件的图形定义、加工等环节的自动编程，例如，机械制造、塑料制品制造过程中，可以对零件的复杂轮廓、型腔数控铣、点位钻、铰、镗、攻丝、车削、线切割以及激光切割等加工工序的编程。基于AUTOCAD的三维建模软件具有常用零件定义功能、刀位路径优化功能、后置处理功能等，而且其系统的核心算法在使用过程中先进、可靠，可以对凸轮、齿轮等常用标准件进行自动绘图，根据操作人员的特定要求对标准件进行相应的校核计算。系统中可靠的算法可以直接处理任意复杂的型腔边界、刀具轨迹以及轮廓等，可以有效避免车削数控加工中的过切工件，轨迹计算过程中充分考虑了工艺、刀具切入、切削停顿、粗精加工、最短换刀、精度等多方面因素，对提高数控加工中的工作效率、软件精度、合理切削量有着重要作用。

3、三维建模软件在车削数控加工中的实际应用

3.1轮廓加工设置

车削数控加工中零件的轮廓加工主要包括车端面和粗、精加工，设置刀具路径之前要确定工件毛坯的大小，所以可以在Job Setup对话框中根据零件的最终尺寸进行设置，在确定毛坯左下角点、右上角点后要选取所加工的外圆柱表面，并要使用边界线（Outer Boundary）对走刀的区域进行限制，这样对提高车削数控加工中的走刀效率有着重要作用。系统可以根据所使用的刀具自动设置加工参数，但是在实际应用中有部分参数不符合生产的实际需求，所以在使用前要对每个项目进行重新设置，最后需要根据在加工过程中是否允许底切来设置其参数。精车加工过程中不仅要设置共有的工艺参数，同时也要根据工艺实际需求设置1组精车加工特有的工艺参数，这样才能保证零件的整体加工效果可以满足其设计要求。

3.2切槽加工设置

我们可以从系统的Tool paths中进入到切槽选项（Lathe Groove），根据零件的实际加工要求来选取相应的槽，Master CAM在运行过程中可以沿着任意一个角度车削径向槽，并可以利用1个点或多个点对待加工的槽进行准确定义，所以可以避免了切槽加工过程中对槽需要构造几何形状的环节，在设置后，系统可以自动生成切槽刀具的加工路径。

3.3螺纹加工设置

本文中所介绍的Master CAM车削软件在使用过程中，其具备完整的螺纹加工功能，主要包括螺纹查表、多头螺纹加工以及螺纹直径自动计算等多项功能，我们可以在Toolpaths中选取到Thread选项，通过这一选项可以根据需求设置每毫米长度上螺纹的数量、螺纹的螺距、螺纹小径以及螺纹大径等，系统也可以在操作人员输入螺纹基本大径后自动计算出螺纹小径。

3.4钻孔加工设置

Master CAM软件在车削数控加工中，为操作人员提供了20余种钻孔形式，其主要包括7种标准形式和13种用户自定义形式，操作人员不仅需要设置共有的刀具参数，同时也要根据零件的实际需求来设置1组钻孔刀具路径特有的参数。

3.5截断加工设置

截断加工会根据实际需求生成1个垂直的刀具路径对工件进行切削，系统在运行过程中需要通过选取1个点来定义车削的起步位置，然后需要设置共有刀具参数和1组截断车削刀具独有的参数，我们可以在Toolpaths中选取Cutoff选项，在设置好截断坐标后其会默认使用径向车削的切槽刀，并且根据实际工作要求自动生成刀具的加工路径。

4、基于AITOCAD的车削控制

金属车削是一个十分复杂的過程，包含了很多物理机理现象，例如，切削力、切削热、刀具磨损以及工件表面质量等，而这些因素在实际生产中都会影响到切削量，而基于AUTOCAD的三维建模软件可以将这些软件充分考虑其中，其主要将某种类型的切削看作为一个整体，再将其分割细化并抽象出一系列的切削原型。金属切削过程中被切削的金属在实际上存在剪切变形和挤压变形等过程，而剪切变形的大小会直接影响到切削变形系数，在剪切变形过程中金属将产生相对滑移，可以通过下述公式对滑移量进行计算

ε=cosγo/sinφ ·cos（φ –γo）

式中剪切角为

Φ=π/4-β/2+γ/2

而整个剪切变形的变形细数为

ζ=cos（φ –γo）/sinφ

从上述公式中我们可以发现摩擦角也会对切削的变形产生直接影响，同时也可以证明凡是可以影响摩擦系数的因素都会影响到切削的变形，从而对车削数控加工中切削量带来很多影响。本文中所提到的基于AUTOCAD的三维建模程序在设计工程中便充分考虑这一点，其可以根据上述影响切削形成的各项主要因素进行自动调整，对工件材料性能参数、切削速度、切削厚度、进给量以及车刀的几何形状特征都可以进行充分考虑，从而通过计算获取最佳切削量。

5、结语

采用基于AUTOCAD的三维建模软件可以创建零件模型，根据系统设置自动生成数控代码并传输到数控设备，操作人员在车削数控加工中只需要做好工件的装夹和输入刀具参数等工作，车削数控加工机床便可以按照编制好的程序进行零件加工。基于AUTOCAD的三维建模软件不仅可以提高车削加工的工作效率，更可以轻松完成一些形状复杂的零件加工，对促进机械设计与制造领域在新时期的发展有着重要意义。

参考文献：

[1]谭雪松.Master CAM数控加工实战训练.北京：人民邮电出版社.2005

[2]代明.Master CAM软件在车削数控加工中的应用.新技术新工艺.2010（22）

[3]刘岩.基于AUTOCAD的三维建模在数控加工上的应用研究.农业装备技术.2012（7）