蓋立武，郭旭紅

（1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘇州 215104；2.蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘇州 215021）

0 引言

車(chē)削加工是最重要的機(jī)械加工形式之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)占零件制造總量的30%～40%。由于數(shù)控車(chē)的編程可以通過(guò)手工編程來(lái)完全實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致CAM界一直存在著重銑輕車(chē)的觀念。隨著制造業(yè)柔性化的不斷發(fā)展，機(jī)械制造中出現(xiàn)越來(lái)越多的單件和小批量的車(chē)削加工件。在這種情況下采用手工編程不僅編程效率低，程序編制的正確性也很難保證。在過(guò)去的CAM研究中無(wú)論是書(shū)籍還是論文對(duì)于數(shù)控車(chē)自動(dòng)編程的研究都比較膚淺，大都是介紹性的概述，所選的實(shí)例也比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有給出車(chē)削自動(dòng)編程一種全面的解決方案。本文根據(jù)作者多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于UG環(huán)境下數(shù)控車(chē)自動(dòng)編程的設(shè)置方法進(jìn)行了探索性的研究，取得了較好的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 工件坐標(biāo)系的設(shè)置

在對(duì)零件進(jìn)行編程之前首先應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行工件坐標(biāo)系的設(shè)置，圖1所示的這種不需要掉頭加工的簡(jiǎn)單零件，只需要在幾何視圖里的MCS_SPINDLE環(huán)境下設(shè)置即可，設(shè)置要求與手工編程一樣，并選擇車(chē)床的工作平面為ZM-XM平面，工件坐標(biāo)系設(shè)置后的效果如圖1所示。

圖1 工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法一

對(duì)于圖2所示以a截面為界需要掉頭加工的復(fù)雜零件，由于零件的左右兩部分是按照不同的工件坐標(biāo)系進(jìn)行編程加工的，因此在UG環(huán)境下也要設(shè)置兩個(gè)坐標(biāo)系。

圖2 需掉頭加工的零件

在以前的參考文獻(xiàn)中遇到這種需要掉頭加工的零件，采用將部件分兩次調(diào)入U(xiǎn)G的加工環(huán)境，以設(shè)置不同的工件坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的掉頭加工。這樣設(shè)置容易造成坐標(biāo)系的混亂，給后面的編程帶來(lái)了麻煩。為了避免這種麻煩，此處首先按照?qǐng)D1所示零件的設(shè)置方法建立一個(gè)工件坐標(biāo)系，然后插入一個(gè)新的幾何體，再創(chuàng)建一個(gè)MCS_SPINDLE_1坐標(biāo)，即完成兩個(gè)工件坐標(biāo)系的設(shè)置。設(shè)置完工件坐標(biāo)系的效果如圖3、圖4所示。通過(guò)這種設(shè)置工件坐標(biāo)系的方法，使得UG能在一個(gè)部件的加工環(huán)境下完成零件的掉頭加工，操作的便捷度提高了不少。

圖3 工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法二

圖4 工件坐標(biāo)系圖標(biāo)

2 加工毛坯的設(shè)置

加工毛坯的設(shè)置影響切削區(qū)域的產(chǎn)生范圍，設(shè)置不正確會(huì)影響到后面刀軌的生成。如圖1所示的簡(jiǎn)單零件，可以在包絡(luò)整個(gè)部件的長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置毛坯，產(chǎn)生的切削區(qū)域范圍如圖5所示。

圖5 毛坯的設(shè)置方法一

對(duì)于圖2所示需要掉頭加工的零件，當(dāng)先加工左端時(shí)如設(shè)置的毛坯包絡(luò)整個(gè)部件范圍，則產(chǎn)生的區(qū)域范圍也會(huì)包絡(luò)整個(gè)部件如圖6(a)所示，如在a截面對(duì)切削區(qū)域進(jìn)行軸向的編輯，軟件會(huì)發(fā)生報(bào)警，這是因?yàn)閁G軟件是在毛坯的范圍內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生切削區(qū)域。正確的設(shè)置是：把毛坯的安裝位置設(shè)置在如圖2所示的a截面處，產(chǎn)生的切削區(qū)域范圍如圖6(b)所示。

圖6 毛坯的設(shè)置方法二

3 共用刀具的設(shè)置

對(duì)于只需要一個(gè)工件坐標(biāo)系即能完成編程的簡(jiǎn)單零件，刀具的設(shè)置方法比較簡(jiǎn)單，只需要對(duì)刀具的幾何角度進(jìn)行定義。當(dāng)加工如圖2所示需要掉頭加工的零件時(shí)，就要考慮共用刀具的設(shè)置，這是因?yàn)樵赨G的加工環(huán)境下，有些刀具既屬于工件坐標(biāo)系MCS_SPINDLE，又屬于工件坐標(biāo)系MCS_SPINDLE_1，這種情況下需對(duì)共用刀具進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法是：對(duì)于共用刀具在“車(chē)刀標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)話(huà)框，先選擇刀具屬于某一個(gè)工件坐標(biāo)系，例如工件坐標(biāo)系MCS_SPINDLE，當(dāng)工件坐標(biāo)系MCS_SPINDLE1要應(yīng)用該刀具時(shí)，只要在相應(yīng)的工序設(shè)置里把刀具方位設(shè)為“繞夾持器翻轉(zhuǎn)刀具”，這樣該刀具也會(huì)適應(yīng)工件坐標(biāo)系MCS_SPINDLE1下的加工環(huán)境。

4 切削區(qū)域的修剪

由于UG環(huán)境下切削區(qū)域在部件毛坯的整個(gè)范圍內(nèi)生成，因此當(dāng)進(jìn)行各工序的設(shè)置時(shí)必須對(duì)切削區(qū)域進(jìn)行修剪。對(duì)圖2所示的零件，當(dāng)進(jìn)行端面加工工序，設(shè)置切削區(qū)域時(shí)應(yīng)選擇軸向的修剪方式，以零件最右端的倒角點(diǎn)作為修剪平面，修剪后的切削區(qū)域如圖7(a)所示。當(dāng)進(jìn)行外形的加工設(shè)置時(shí)應(yīng)選擇徑向的修剪方式，并選擇右端倒角的起點(diǎn)作為徑向修剪點(diǎn)，修剪后的切削區(qū)域如圖7(b)所示。

圖7 切削區(qū)域的修剪一

對(duì)于帶有多個(gè)槽的零件如圖8(a)所示，采用軸向修剪的辦法，軸向修剪點(diǎn)1選擇最右邊上槽的右槽邊上的一點(diǎn)，軸向修剪點(diǎn)2選擇最左邊上槽的左槽邊上的一點(diǎn)，修剪后的切削區(qū)域如圖8(b)所示。內(nèi)孔的修剪方法和外形一樣，在此就不贅述。

圖8 切削區(qū)域的修剪二

5 刀具路徑的優(yōu)化

當(dāng)零件的切削區(qū)域修剪完后，設(shè)置好適當(dāng)?shù)那邢魉俣群偷毒哌M(jìn)給速度就可以進(jìn)行刀具路徑的生成。如果按照UG的默認(rèn)設(shè)置直接生成刀具路徑，雖然也能產(chǎn)生加工軌跡，但零件的加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及加工過(guò)程中測(cè)量零件都會(huì)受到一定的影響。因此零件的切削區(qū)域修剪完后，需要對(duì)刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化。刀具路徑的優(yōu)化主要在“非切削移動(dòng)里”進(jìn)行設(shè)置。為了使切削過(guò)程平穩(wěn)，減少因進(jìn)、退刀而產(chǎn)生的接刀痕，進(jìn)、退刀一般采用圓弧自動(dòng)的方式。

刀具的逼近點(diǎn)和離開(kāi)點(diǎn)的設(shè)置方法和加工零件的形狀有關(guān)。當(dāng)加工外形時(shí)逼近點(diǎn)和離開(kāi)點(diǎn)的設(shè)置，軸向上要遠(yuǎn)離毛坯，徑向上要大于毛坯的直徑，這樣在實(shí)際加工中進(jìn)刀位置和退刀位置才會(huì)比較合適。如圖9所示為外形零件刀具路徑優(yōu)化前后的對(duì)比?？梢钥闯鰞?yōu)化前車(chē)刀的退刀位置緊貼著工件表面，會(huì)造成加工過(guò)程中測(cè)量工件的不便，優(yōu)化后刀具的進(jìn)、退刀位置有利于操作者在加工過(guò)程中測(cè)量工件。

圖9 外形加工中刀具路徑的優(yōu)化

當(dāng)加工內(nèi)孔時(shí)逼近點(diǎn)和離開(kāi)點(diǎn)的設(shè)置軸向上要在毛坯底孔的外面，徑向上要略小于底孔的直徑，圖10所示為內(nèi)孔加工中刀具路徑優(yōu)化前后的對(duì)比。

圖10 內(nèi)孔加工中刀具路徑的優(yōu)化

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)UG數(shù)控車(chē)環(huán)境下常用的加工設(shè)置方法進(jìn)行分析，研究了掉頭加工情況下雙坐標(biāo)系、毛坯、共用刀具等的設(shè)置方法，在此基礎(chǔ)上又對(duì)切削區(qū)域的修剪和刀具路徑的優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，總結(jié)出一套完整的數(shù)控車(chē)削加工的全面解決方案，對(duì)提高數(shù)控車(chē)削編程的質(zhì)量和便捷度都有著較大的幫助作用。

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