基于CAXA数控车双曲线轴类零件的自动编程加工

陈银++黄俞淇

摘 要：本文介绍利用CAXA数控车对双曲线零件进行自动编程，即“零件造型，工艺分析，设定刀具轨迹，设置切削参数，路径仿真，实体切削”的过程，与传统的手工编程方法相比，利用CAXA数控车软件对复杂零件，尤其是对非圆曲线类零件有其方便快捷的方法。一方面缩短了传统手工编程对于复杂零件调试程序的时间，使真正实现CNC变得可行；另一方面可以即时更改参数优化刀路，对新产品研发和生产实践有一定的指导意义

关键词：数控车；自动编程；双曲线

0 引言

CAXA作为国内CAD/CAM软件的先驱者，经受了实践的检验，得到了市场的认可。与其他国外软件相比，其特点更加鲜明，其强大的绘图功能更加方便快捷，易于上手，其完善的外部接口也兼容多种数据形式，如STL、IGS、DXF等，便于与其他通用软件交换数据。CAXA数控车可根据工艺要求生成多种加工轨迹，并提供了开放式的后置处理模块，满足各种数控加工系统，并可完成平面刀路的轨迹仿真和实体切削模拟。

1 双曲线分析

定义1：平面内与两定点F1，F2的距离之差的绝对值等于常数c、小于|F1F2|的点的轨迹称为双曲线。

定义2：平面内到给定一点及一直线的距离之比大于1且为常数的动点的轨迹称为双曲线，如图1所示。在XY平面内，双曲线的各点坐标之间呈规律变化，可用双曲线的方程表示为：

2案例分析

2.1 零件图分析

如图2所示，该轴类零件的轮廓由常规线段和非圆曲线——双曲线轮廓组成，零件编程的难点在于双曲线轮廓部分的复杂数学计算，用常规的方法计算量比较大，若采用手工编程，则双曲线的各点计算非常复杂，若用宏变量编程，对编程者和数控系统的要求又特别高，这时可借助计算机软件绘图，比如CAXA数控车软件来实现。

2.2 加工工艺分析

根据零件图纸和加工要求，确定加工工艺。CAD/CAM软件只能根据操作人员的加工工艺生成相应的程序，所以工艺部分还是要由操作人员来确定。首先安排合理的加工工序，确定工序和工步。然后在CAXA数控车软件中选择合理的刀具，设置相应的加工参数。最后再选择加工方案，生成加工路线和刀具轨迹。再根据仿真、试切、优化调整，最后确定最佳的加工工艺。

2.2.1 选择毛坯，确定装夹

根据零件图和工艺分析，选择毛坯为Φ38mm×75mm的圆棒料，材料为铝2a12。该零件为常规轴类零件，使用通用夹具——三爪卡盘夹紧工件即可，并且保证轴的伸出长度略大于60mm。单件加工可设定工件的右端点为工件原点建立编程坐标系，批量生产为避免重复的对刀过程，可选择固定的夹具确定左端为零件加工原点。

2.2.2 刀具选择及切削参数设定

根据该零件轮廓的特点，由于其特殊轮廓曲线的加工要求，粗加工选择93度主偏角，80度刀尖角的外圆车刀，粗加工选择95度主偏角。35度刀尖的外圆车削，切削用量参照表1所示。

2.3 毛坯及外轮廓的绘制

在CAXA数控车软件中，建立零件加工轮廓模型，只需绘制所要加工对象的轮廓和毛坯轮廓即可，无需绘出多余的线框，而且对于轴类零件，只需绘制单边轮廓即可。轮廓的建模可以通过在CAXA数控车床软件中直接绘制，也可以通过其他CAD/CAM软件绘制，如CAD软件的dwg、dxf文件的导入来实现，同时也兼容CAD/CAM软件的通用格式igs。无论是采用直接绘图还是间接导入的方式，都不需要画出完整的零件图，只需绘出毛坯轮廓和被加工轮廓部分即可，本例直接按照零件图尺寸绘制外轮廓和毛坯，如图3所示。

2.4 CAXA自动编程

2.4.1 零件粗加工

根据加工工艺中“先粗后精，先内后外，先主后次，先近后远”的加工原则，本例没有内孔加工部分，故首先对零件的外轮廓进行粗加工。点击CAXA数控车工具栏上的【轮廓粗车】图标，根据加工要求填写各项切削用量、进退刀方式、加工参数等。在设置刀具的时候，按加工工艺表设置好外圆车刀名称，刀号，主偏角，副偏角，刀尖角等参数，并根据实际刀具设置好刀尖圆弧半径，以及是否软件补偿还是程序补偿参数。

在完成以上参数设置后，根据系统提示分别拾取图3中的被加工轮廓和毛坯轮廓。采用限制链拾取或单个拾取方式，限制链拾取时只需拾取起始和结束轮廓线，单个拾取则逐一拾取要加工的轮廓线，然后鼠标任意指定合适的进退刀点或键盘输入具体数值，系统则自动生成粗加工轮廓的走刀轨迹图，包含进退刀线和可能干涉的部分，如图4所示。

2.4.2 零件精加工

零件的精加工与粗加工设置类似，只需将刀具参数、加工参数、切削用量和进退刀参数按精加工相关参数作相应改变，即可完成精加工的设置。

2.4.3 刀具轨迹仿真及程序生成

刀具轨迹生成后，可对生成的刀具轨迹进行动态仿真，以验证刀路的合理性。具体操作如下：单击数控车工具栏中的【轨迹仿真】图标，设置相关步数，可以控制仿真的速度，系统即可对刀路轨迹自动进行运态仿真。再选择“二维实体”、“缺省毛坯轮廓”方式。根据系统提示，拾取已经生成的粗、精加工刀具轨迹，系统开始进行实体切削仿真。通过二维动态轨迹仿真和实体切削仿真，可以直观地观察刀具走刀路线的合理性以及实体切削是否存在干涉及过切现象。如图5所示。

程序生成需要根据当前使用的数控机床和数控系统的配置要求，先设置好后置处理的相关参数，如数控系统，以及与数控系统相适应的各种代码，只需更改不同的部分，软件已设置好通用指令代码。配置完成后，选择生成的刀具轨迹转数，即可生成数控程序。具体操作过程如下：单击主菜单中的【数控车】、【代码生成】命令，填写“后置文件”对话框，选择相应的数控系统，本例选择FANUC系统，按软件默认的后置文件（*.cut）进行保存，取好相应的文件名称后，单击“运行”按钮，拾取相应的粗精加工刀具轨迹，系统自动生成程序，如需对程序进行二次编辑和修改，可用“记事本”程序打开数控代码加工程序。

2.4.4 程序后置处理与通讯传输

CAXA数控车软件生成的程序由于没有循环指令，都是最基本的程序代码，所以程序相比于手工编程量比较大，程序内容较多，必须解决机床与软件的传输问题。程序传输由于是软件与硬件之间的配合，需要设置相关传输参数和协议。本例采用FANUC相关传输设置：串口：COM1；波特率：9600；数据位：7；停止位：2；握手协议：Xon/off；设置好以上参数，保证机床与软件皆采用相同的参数设置，基于CAXA数控车软件与FANUC数控车床之间即可实现在线传输。

3 结论

通过在FANUC 0i mate数控系统，凯达CKA6136机床上对双曲线零件的试加工结果表明，利用CAXA数车软件自动编程加工与手工程序编程加工相比，前者更加快捷简便，而且可以即时演示加工刀路，保证程序的准确性，通过对试件检测结果比较，前者刀路更加顺畅，零件加工质量高。CAXA数控车软件具有应用灵活、参数开放、适用性强的特点，可以满足不同回转体类零件的加工。作为国产软件的佼佼者，可以广泛应用于数控加工行业中。