1、基于CAXA數控車的特殊弧形零件的自動編程1顧麗敏 2黃時煒1浙江經貿職業技術學院 2浙江方圓檢測集團機電檢測中心摘 要：本文介紹了在數控車床上利用CAXA數車軟件對特殊弧形零件進行自動編程的過程，即：對加工對象-手柄進行繪圖建模，加工工藝分析，確定加工刀具路徑，設置合適的加工參數，進行刀具路徑模擬和實體切削驗證，自動生成編程代碼。利用CAXA數車軟件對復雜曲面零件進行自動編程與傳統的手工編程方法相比，一方面大大節省了編程時間，另一方面也提高了零件的加工質量，對工廠實際生產具有一定的指導意義。關鍵詞：CAXA數控車；特殊弧形零件；自動編程；路徑模擬；后置處理Automatic programm

2、ing of peculiar arc-shaped components base on CAXA -lathe1GU Li-min ，2Huang Shiwei1School of Zhejiang economic & trade polytechnic 2Zhejiang Fang Yuan Test GroupAbstract： An automatic programming method of the processing the peculiar arc-shaped components on CNC lathe by CAXA is recommended in t

3、he article. The code of producing the object, a hand shank in the paper, can be auto generated by CAXA, which includes drawing component contour, processing technical analysis, confirming the cutter route, setting the processing parameters, simulating cutter route and verifying the program. Compared

4、 to the traditional manual programming, the method will both shorten the time also enhance the quality of the parts. Key words： CAXA CNC lathe, peculiar arc-shaped components , automatic programming, route simulating , Post progressing1 引言在數控車削加工中，弧形零件是一種較為常見的加工零件，其輪廓通常由直線和圓弧曲線構成，對于此類外形輪廓較為簡單的零件，編程人

5、員可以通過常見的編程指令G01、G02、G03來實現，而對于具有特殊外形要求的弧形零件，例如零件的外輪廓曲線非一般圓弧曲線，而是由特殊的曲線方程構成，如果采用手工編程的方式，編程人員沒有現成的編程指令可循，只能利用宏程序進行編程加工，而宏程序編程涉及到變量設定，程序語言結構設定，坐標平移變換等多種計算機及數學處理方法，計算容易出錯且工作效率較低，無法滿足企業的實際生產需要。若采用軟件自動編程方法，則可以明顯提高編程效率和編程質量，尤其是在外形輪廓是非圓弧的復雜曲面編程中，更能發揮其優勢。自動編程就是利用計算機專用軟件編制數控加工程序的過程。目前，常見的數控車床自動編程軟件有CAXA數控車，Ma

6、stercam，UG、pro-E等。其中，CAXA數控車是我國自主研發的一款集計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）于一體的數控車床專用軟件，它具有零件二維輪廓建模、刀具路徑模擬、切削驗證加工和后置代碼生成等功能。下面通過一復雜弧形零件手柄輪廓零件的數控編程來介紹CAXA數控車在自動編程中的具體應用。2特殊弧形零件分析2.1手工編程難點分析在一些精度高、品種多且批量少的弧形零件中，其外輪廓曲面通常都具有特殊要求，非一般簡單圓弧面構成，而是由特殊的曲線方程所構成，例如橢圓方程、雙曲線方程或者是拋物線方程。如圖1和圖2所示所示。圖1 橢圓方程弧形零件示意圖 圖2 拋物線方程的弧形零件示

7、意圖在一般數控系統中（FANUC、SIEMENS和華中數控系統），只能做直線插補和圓弧插補的切削運動，如果工件輪廓是非圓弧曲線，數控系統就無法直接實現插補。因此對于此類具有特殊曲面的弧形零件，編程人員都無法直接使用編程代碼進行手工編程，而需要通過一定的數學處理方法，用直線或者圓弧段去逼近非圓曲線或者利用宏程序編程。而這兩種手工編程方法在零件的實際加工過程中，往往存在以下的不足之處：（1）用直線或者圓弧逼近非圓曲線時，首先要計算出節點的坐標，節點的計算一般都比較復雜，靠手工計算很難完成，必須借助計算機輔助處理。（2）利用逼近法編程時，工件的輪廓尺寸決定于節點數目的多少，所取節點越多，計算愈復雜，

8、誤差相對較小，但程序段越長，加工時間越長，工作效率降低。（3）利用宏程序編程時，要求編程人員懂得計算機語言方面的知識，例如變量的設定，各種循環語句、跳轉語句及判斷語句的格式、程序的調試等，對編程人員水平要求比較高。（4）特殊曲線的原點與編程原點往往不重合，因此在手工編程時編程人員需要花大量時間進行坐標平移變換，變量轉換等繁瑣的計算編程，導致工作效率較低。2.2典型特殊弧形零件手柄的工藝分析如圖3所示，零件手柄的輪廓線由直線、橢圓、螺旋線和圓弧所構成，該零件圖的加工難點在于由R42的圓弧段、橢圓曲線和R8圓弧段相切形成的光滑曲面的編程計算，若采用手工編程，則各段曲線相切處的節點計算非常復雜，必須

9、借助計算機輔助繪圖。另外該段特殊曲面的輪廓變化為凹凸相間，采用宏程序編程時只能使用G73循環指令，該指令會導致出現多次走空刀的現象，降低了加工效率。因此利用CAXA數控車對手柄零件進行自動編程，手柄零件造型如圖4所示。 圖3 手柄的加工零件圖 圖4 手柄的造型圖手柄零件的數控加工流程包括外輪廓、外槽和外螺紋的粗加工及精加工，零件的加工難點在于特殊弧形外輪廓的編程加工。因此，下面著重介紹基于CAXA數控車軟件的特殊弧形外輪廓的粗、精加工編程。在利用CAXA數控車軟件對零件進行數控自動編程加工前，首先要對零件進行加工工藝分析，正確劃分加工工序，選擇合適的加工刀具，設置相應的切削參數，確定加工路線和

10、刀具軌跡，以保證零件的加工效率和加工質量。（1）確定毛坯及裝夾方式根據零件圖選毛坯為28×130的圓棒料，材料為45鋼。該零件為實心軸類零件，使用普通三爪卡盤夾緊工件，并且軸的伸出長度適中（100mm）。以工件的圓弧R8的右端點為工件原點建立編程坐標系。（2）確定數控刀具及切削用量根據手柄零件特殊外輪廓的加工要求，選擇刀具及切削用量如表1所示。表1 外輪廓加工的刀具及切削用量加工內容刀具規格刀具及刀補號主軸轉速（r/min）進給速度（mm/r）外輪廓的粗加工主偏角Kr=90°的硬質合金車刀T01015000.3外輪廓的精加工主偏角Kr=90°，負偏角為30

11、6;的外圓精車刀T02029000.13 CAXA數控車的加工設置3.1毛坯及外輪廓的建模在CAXA數控車軟件中對加工對象進行輪廓建模時，需要同時給出毛坯輪廓和加工對象的外輪廓，輪廓的建模可以通過CAXA數車軟件直接繪制或者利用AutoCAD中dxf圖形文件的導入來實現。無論是采用直接繪圖還是間接導入的方式，都只需要畫出零件的加工軌跡輪廓，不需要畫出完整的零件圖，且無需考慮最后切斷的加工長度和直徑方向的余量，直接按照手柄的外輪廓最終尺寸進行繪制，加工余量則通過毛坯輪廓的建模來體現。在CAXA數車軟件中導入dxf圖形文件的具體步驟為：首先利用AutoCAD軟件繪制好所需的毛坯及手柄外輪廓，并將其

12、保存為dxf文件，然后利用CAXA 數車中的數據輸入功能dxf文件讀入到CAXA數車的界面中。毛坯及手柄的具體外輪廓圖如圖5所示。 圖5 手柄的毛坯和被加工輪廓圖3.2 外輪廓的自動編程根據加工工藝中先粗后精的加工原則，首先對手柄的外輪廓進行粗車加工，單擊CAXA數車工具欄上的“輪廓粗車”圖標，根據加工要求填寫各項加工參數、進退刀方式、切削用量的粗車參數表，加工參數和輪廓車刀選取如圖6和圖7所示。所需注意的是在當前輪廓車刀中，只有一把名稱為Lt0的車刀，需要根據實際加工需要添加所需外輪廓車刀，并根據要求設置好相應的刀具參數。圖6 粗車加工參數設定 圖7 粗車輪廓車刀參數設定在各項參數設置結束之

13、后，根據系統提示分別拾取圖5中的被加工輪廓和毛坯輪廓，采用限制鏈拾取方式，分別拾取左面輪廓線和右面R8圓弧部分的輪廓線，如圖8所示，拾取毛坯輪廓線與拾取加工表面輪廓線類似，如圖9所示。 圖8 拾取被加工表面輪廓 圖9 拾取毛坯輪廓根據刀具路徑軌跡選擇合適的進退刀點，系統則自動生成粗車外輪廓的刀具軌跡圖，如圖10所示。進退刀點刀具軌跡 圖10 粗車加工軌跡圖外輪廓的精車與粗車設置相似，只是將加工參數適當改變，用其余采用系統默認設置，此處不贅述（圖略）。在CAXA數車軟件中生成的粗、精加工刀具軌跡，可以進行模擬仿真，以驗證加工程序的正確性。具體操作如下：單擊數控車工具欄中的“軌跡仿真”圖標，CAX

14、A數控車系統可以自動進行軌跡仿真。選擇“二維實體”、“缺省毛坯輪廓”方式。根據系統提示，拾取已經生成的簇、精加工刀具軌跡，系統開始進行仿真。通過軌跡仿真，觀察刀具走刀路線以及是否存在干涉及過切現象。圖11為所示的仿真結果。圖11 輪廓粗、精加工仿真結果程序生產是根據當前數控系統的配置要求，把生成的加工軌跡轉化成G代碼數據文件，即生成CNC數控程序，具體操作過程如下：單擊主菜單中的【數控車】 【代碼生成】命令，或者單擊數控車工具欄中的“代碼生成”圖標，根據系統提示，填寫“后置文件”對話框，保存后置文件（*.cut）的地址，填寫相應的文件名稱后，單擊“打開”按鈕，拾取相應的刀具軌跡，系統自動生成“

15、記事本”文件，該文件即為生成的數控代碼加工程序。圖12為手柄外輪廓粗精加工的部分程序代碼。圖12 外輪廓粗、精加工的部分程序代碼3.3 機床設置及程序后置處理由CAXA數控車軟件生成的加工程序，通過R232串行口，可以直接傳輸給數控機床的MCU。然后數控機床中所采用的數控系統不同，會導致G代碼指令的語言格式也有差別，因此需要通過機床設置和程序后置處理方法來解決。以FANUC數控系統為例，在CAXA數車軟件中，默認的機床名只有LATHE1、LATHE2和LATHE3，因此需要添加機床，單擊主菜單的【數控車】 【機床設置】命令，添加FANUC數控機床，并設置主軸控制、數值插補方法、補償方式、程序啟

16、停等相應操作的G代碼指令。程序后置處理就是針對已經添加的FANUC數控機床，結合已經設置好的機床配置，對后置輸出的數控程序的格式，程序段行號、程序大小、數據格式、編程方式、圓弧控制方式等進行設置，具體操作為單擊【數控車】 【后置設置】，根據新建的FANUC機床進行后置參數設置，以達到簡化程序的目的。4 結論與展望通過在CK6140數控機床上實體零件的加工結果表明，利用CAXA數車軟件自動編程加工得到的手柄外輪廓曲面與手工宏程序編程加工得到的手柄外輪廓曲面相比，前者表面光潔度較好，加工表面質量高。另外，由于自動編程代碼可以通過R232串行口直接輸入至數控系統，避免了復雜的面板輸入操作，自動編程加

17、工所需時間是手工編程加工所需時間的1/3左右，因此大大提高了零件的加工效率。CAXA數車軟件具有應用靈活、針對性強的特點，可以加工不同類型的回轉體類零件。與目前市場上功能相似的同類軟件（例如Pro-E、UG）相比，該軟件價格相對較低，因此可以廣泛應用于數控加工行業中。本文對特殊弧形零件手柄外輪廓的自動編程作了初步探討，利用CAXA數車軟件進行了加工設置，生成了加工程序代碼。此方法突破了手工編程的局限性，避免了手工編程時繁瑣的節點計算工作，節省了在宏程序編程中多次走空刀所耗費的時間。但如何對軟件產生的G代碼指令進行進一步優化，則有待于進一步開展研究工作。參 考 文 獻：1 宛劍業.CAXA數控車實用教程 M.北京：化學工業出版社,2009.2 王建勝, 王其兵.基于Mastercam的弧形零件的自動編程 J.機械設計與制造, 2008,(9):199-201.3 王世輝.數控機床編程與操作 M. 北京：電子工業出版社,2006.4 劉長偉.數控加工工藝M.西安：西安電子科技大學出版社,2008.5 李純彬, 孔春燕.基于Mastercam零件的數控加工 J.工具技術,