基于PartMaker的车铣复合加工编程的应用研究

2015-06-07章伟涌周旭丹

绍兴文理学院学报(自然科学版) 2015年2期

关键词：知识库主轴刀具

章伟涌朱丹程萍周旭丹

(绍兴职业技术学院,浙江绍兴312000)

基于PartMaker的车铣复合加工编程的应用研究

章伟涌朱丹程萍周旭丹

(绍兴职业技术学院,浙江绍兴312000)

通过一个典型实例,针对当前车铣复合加工技术进行了应用研究.着重阐述PartMaker基于知识和几种复合同步加工优化编程方法,最终生成的NC数控程序代码通过了机床仿真验证.结果表明这种方法可进一步提升加工效率,降低生产成本,缩短生产周期,也可大幅提高设备利用率.

PartMaker;知识库;特征识别;同步加工优化;mPs自动化在线网

复合机床是在同一台机床上完成零件的车、铣、钻、镗等全部工序的数控机床.不同于单一功能机床,它能极大地提高零件的加工效率和精度.然而,复合机床加工工艺十分复杂,目前依靠手工编程或通用CAM编程方法,都难以发挥复合机床功能.因此,寻求一种专业的数控编程软件呼声很高.英国DelCAM公司开发的PartMaker数控编程软件支持多主轴、多刀塔车铣复合机床,拥有多转塔、多主轴、知识库和特征识别技术,为复合机床应用编程提供了一条新途径.

本文结合实例介绍PartMaker数控编程软件运用知识库和同步加工编程方法.

1 案例分析

该零件尺寸如图1所示,所建立实体模型如图2所示.在Partmaker数控编程软件中直接导入该零件模型进行编程.由于需掉头加工,因此工艺选择方面,选择双主轴车铣复合机床,通过一次性装夹及主副轴控制完成全部工序加工,以保证加工精度.工序分析如表1.

图1 零件尺寸

图2 零件模型

选择普通机床加工或数控车床和数控铣床,必须掉头才能完成该零件的全部加工工序,这样经过多次卸装,零件精度无法保证.如果选择车铣复合机床加工该零件,通过一次性装夹即可完成该零件的全部加工工序.

表1 加工工序

2 工件设置

在PartMaker数控编程软件的工作界面,点取“设置”图标,出现对话框如图3所示.将工件右端中心点设定为工件的加工坐标系原点,进入设置界面,设定加工时的换刀位置、毛坯参数等.

设置主轴:在面视窗列表中,输入“右端车削”,选择“车削”加工功能;输入“柱面槽铣削”,选择“柱面铣削”功能.

设置副轴:选择“车削”加工功能;输入“左端车削”选择“车削”功能.

图3 工件设置

3 调用知识库文件

3.1 工艺知识库调用

PartMaker数控编程软件将机械制造工艺知识内容和规则,以材料库、刀具库、指令循环库等形式构成工艺知识库,来解决数控编程涉及的复杂工艺处理问题.PartMaker数控编程软件的刀具库提供了刀具信息列表,刀具库包含车刀和铣刀刀具以及刀具材料、刀具类型、刀具编号等(如图4所示).用户可以定义创建刀具库和打开刀具库.刀具数据保存在刀具库文件中,可为任何加工策略选择刀具.

图4 刀具库信息列表

PartMaker数控编程软件的材料库,能自动计算各种材料切削进给速率、主轴转速和切削深度(如图5所示).

图5 切削参数信息

PartMaker数控编程软件的循环库可以调用各循环指令.例如钻孔循环、攻丝循环、铰孔循环等,只需调用相关指令,就可完成点钻、钻孔、攻丝等完整工序(如图6所示),方便快捷,提高了编程效率.若采用传统编程,需要先点钻,再钻孔,后攻丝,依序编程,又要计算各个不同的深度,非常复杂.

图6 循环指令库

PartMaker数控编程软件的孔特征深度自动识别,能确保加工工序规则,缩短编程时间,减少用错刀和断刀风险等[1].

3.2 特征识别

PartMaker数控编程软件采用“divide&conquer”(分割而攻克)编程策略专利技术,将复杂零件加工特征解为车削、铣削XY平面、铣削ZY平面、铣削五轴平面、铣削多边形和铣削圆柱体等功能,大大简化了零件结构,使复杂零件编程不再是一项困难的工作.

在“面视窗列表”,依据建立的加工策略提取零件特征.以“右端车削”为例,点击“提取车削几何形体”,完成该零件右端车削特征.同理,可以建立该零件左端车削、柱面槽铣削几何形体特征(如图7所示).只需简单操作,即可分别提取车削几何体特征和铣削几何体模型特征.传统手工编程方式等,都无法解决零件模型特征问题.PartMaker整个过程操作简单,快捷高效[2].

图7 模型几何特征

4 刀轨路径

取得零件特征后,可为各加工策略生成刀轨.点取工作界面上“新的轮廓组”,点取“车削特征”,生成右端外圆车削刀具路径(如图8所示).

同理,可以建立柱面槽铣削刀具路径和副轴控制“左端车削”工序的外圆车削、槽、车削螺纹等.若手工编程,必须依照零件图计算出各节点坐标数据,稍有差错就会造成零件加工错误,导致直接的经济损失.而且,编程准备过程必须按图样分析制订生产加工工艺,编程人员必须要有一定的实际编程经验,才能正确合理地制订数控加工程序.

PartMaker数控编程软件的知识库,将复杂的切削工艺参数自动处理,用户只需选择加工策略即可生成刀具路径,省略了大量坐标数据计算过程,从而大大提高编程效率.

图8 刀具路径

PartMaker车铣复合机床加工编程,可极大地缩短机床加工设置的准备时间,降低编程难度,提高编程效率,降低生产成本.

5 生成加工表单

完成整个零件编程后,点击“产生加工表”生成加工表单(如图9所示),PartMaker加工表单列出所有操作并且能自动处理“保持最后切断”,“副轴加工完毕弹出零件”等操作.

在加工表单中,每一操作工序都显示出加工工时、切削参数、主副轴加工所用时间等,当切削参数如主轴转速、进给率等需要调整时,只要双击即可修改,加工表单中加工时间等其余数据会自动更新,大大方便了对整个零件加工工时的成本核算.

图9 加工表

6 同步加工优化

复合机床同步加工,合理优化加工工序,可进一步提高机床利用率.在加工表单中,选择各加工工序点击鼠标右键,在弹出“设置方式”窗口按表2进行同步加工优化操作,在此处可设定机床运动方式,可以针对主轴和副轴分别设置.

表2 同步加工规划表

6.1 操作同步(operation sync)

根据加工工序,op sync[3]用户可以设定多个刀塔同时进行切削加工操作而不互相干涉.如在车削环境下,可以使用两个刀架以上的刀同时分别进行车削、铣削等加工作业,如图10所示.左侧主轴方式的转塔刀架#1和转塔刀架#3的两刀(双工位加工),与副轴方式的转塔刀架#2上的一把刀在同步进行该零件两端车削,这样可大大提高切削效率,缩短加工时间.

图10 操作同步

6.2 双工位加工(stroke sync)

在车削环境下,stroke sync[3]由用户设定使用两个刀架以上的刀,实现双工位车削.采用双工位加工时,两把切削车刀产生的径向切削力互相平衡,可有效减小工件的震动.它特别适合细长轴类零件车削.粗加工时,由于较大的背吃刀量,产生的径向切削力也大,若机床采用单把车刀加工,产生的径向切削力所导致工件的弯曲变形,会直接影响到工件精度.因此,双工位加工不仅可提高工件精度,还可以提高切削效率,缩短加工时间.如图11所示.

图11 双工位加工

6.3 系统控制同步(system sync)

system sync[3]由机床控制系统自动设定,用户只需直接调用[2](如图12所示).在机床加工过程中,需要机床对工件材料进行各种控制处理.如细长轴零件主轴卡盘和副轴卡盘夹持加工时,需要主、副轴必须同步转动;又如当工件从主轴转换到副轴或使用副轴牵引等时,必须由系统进行同步控制.机床一次性装夹可完成全部工序的加工工艺,避免多台机床之间的搬迁装卸,消除多次装夹引起的加工误差,提高加工精度,进而减轻劳动强度,提高工效.

图12 系统控制同步

7 仿真加工

选择主菜单“仿真”下“仿真选项”子菜单,在弹出对话框中选勾“仿真循环”,按“确定”开始仿真(如图13所示).仿真便于检查程序程式以及检验加工工序的正确性.打开“仿真”选项,通过“仿真选择”的不同选项,检查所编写的程式,同时还可以输出不同的碰撞类型,刀具夹持碰撞、快进移动时刀具和毛坯的碰撞等,一旦有碰撞发生,会弹出警告提示,从而保证编写程式的准确性.