李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，沈陽　110136)

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凸輪振蕩車削數(shù)控編程技術(shù)研究*

李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，沈陽110136)

針對(duì)凸輪輪廓面的加工問題，提出了振蕩式數(shù)控車削解決方案。以Edgecam軟件為平臺(tái)，研究數(shù)控程序的編制方法，首先，論述了數(shù)控編程的工藝規(guī)劃，而后，研究利用VB.NET結(jié)合PCI、PDI等二次開發(fā)工具構(gòu)建編程操作和后置處理等關(guān)鍵技術(shù)，最后通過實(shí)例加工證明了方法的有效性，為其它機(jī)床的智能編程提供了借鑒作用。

凸輪加工；振蕩車削；自動(dòng)化編程；Edgecam; VB.NET

0　引言

凸輪是典型的機(jī)械零件，工程上普遍采用靠模仿型和磨削方式加工，加工效率低，成本高，無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)要求。隨著高效多軸數(shù)控車銑復(fù)合加工中心的出現(xiàn)，可以采用振蕩車削工藝車削凸輪的非圓表面以提高精度和生產(chǎn)效率。在Edgecam軟件中，系統(tǒng)本身不具有振蕩車削加工的數(shù)控程序編制功能，加工程序只能手工計(jì)算或利用宏程序編寫，計(jì)算復(fù)雜，編程效率低下，并且編制的程序容易發(fā)生錯(cuò)誤，急需尋找一種快速的編程手段進(jìn)行數(shù)控程序編制。

本文基于數(shù)控車銑復(fù)合加工機(jī)床，提出振蕩車削方式加工凸輪類零件輪廓的方法，研究基于Edgecam的快速編程問題，主要探討利用VB.NET語言結(jié)合PDI和PCI等二次開發(fā)工具構(gòu)建編程操作和后置處理器定制等關(guān)鍵問題。通過構(gòu)建振蕩車編程操作功能模塊，能夠在原來的集成應(yīng)用界面下通過交互操作快速編制程序，并且新開發(fā)模塊可以同系統(tǒng)固有功能模塊無縫集成，提高了數(shù)控編程的效率。

1　關(guān)鍵技術(shù)

1.1編程工藝規(guī)劃

對(duì)于凸輪輪廓表面的加工，采用具有X、Z、C和B軸的車銑復(fù)合中心，如圖1所示，在振蕩車削加工中，凸輪安裝在機(jī)床的主軸卡盤上，普通車刀安裝在銑削刀架上，刀具運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸，凸輪曲面通過C坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，在C軸進(jìn)給的同時(shí)刀具沿X軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行車削，車削360°后，沿Z方向進(jìn)給一個(gè)步距以形成輪廓表面[1]。

圖1　振蕩車削加工

1.2編程操作構(gòu)建

1.2.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

Edgecam是由?？怂箍倒鹃_發(fā)的著名智能化數(shù)控車和銑加工編程軟件[2-3]，具有完備的二次開發(fā)工具可進(jìn)行復(fù)雜的編程功能定制，可以利用VS的VB.NET結(jié)合PDI和PCI語言訪問核心數(shù)據(jù)文件定制凸輪加工功能模塊[4-5]，定制的系統(tǒng)振蕩車編程操作應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2　編程操作應(yīng)用流程

1.2.2截面線合理性判斷

Edgecam的數(shù)據(jù)模型有線框模型、表面模型和實(shí)體模型三種形式。凸輪的輪廓面為沿中心軸線的拉伸體，其中母線為封閉的截面線，且截面線同軸線垂直，編程操作定義算法如圖3所示。

圖3　編程操作算法

編程時(shí)，首先選擇振蕩車加工方式，進(jìn)入編程功能，而后設(shè)置加工參數(shù)，在定義編程操作時(shí)需要使用截面線進(jìn)行計(jì)算，需要指定截面串模式。截面串模式指截面線串的類型是基本曲線、曲面的邊界線還是實(shí)體幾何的邊界線，要求截面線垂直于凸輪的回轉(zhuǎn)中心軸線。

實(shí)體邊界線可以利用PCI命令(50，128)抽取為直線、圓弧或組合線；曲面邊界線可以利用PCI命令(50，129)抽取為直線、圓弧或組合線；基本曲線的類型有直線、圓弧、多項(xiàng)式樣條、圓錐曲線和B樣條，其具體數(shù)據(jù)可以用PDI函數(shù)從PPF文件中提取。

截面串合理性判斷包括截面串內(nèi)的所有元素均需要位于同X-O-Y平行的平面內(nèi)、串內(nèi)組成元素需要為首尾封閉的線串，具體算法如下：

(1)遍歷選擇的截面線串，利用PDI命令提取元素類型entype，如果為組合線則將其分解為直線，提取元素的起點(diǎn)坐標(biāo)(xstart,ystart,zstart)和終點(diǎn)坐標(biāo)(xend,yend,zend)；

(2)如果有zstarti≠zendi，zstarti≠zendj則給出錯(cuò)誤提示并退出；

(3)記錄每個(gè)線串的起點(diǎn)坐標(biāo)xstart、xend和終點(diǎn)坐標(biāo)ystart、yend，如果所有起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值均有2個(gè)點(diǎn)，則滿足首尾連接要求，否則，給出錯(cuò)誤提示并退出；

(4)構(gòu)造活性邊表，按元素的首尾連接順序，按逆時(shí)針排列。

1.2.3可加工性判斷

其中，n為向限的編號(hào)。

當(dāng)αi<αc時(shí)，則不可加工，其中αc為閾值，且αc>0。

當(dāng)xi=0時(shí)，如果yi=yi+1；或yi=0時(shí)，xi=xi+1，則凸輪輪廓不可以用振蕩車方式加工。

1.3后置處理

利用后處理構(gòu)造器CodeWizard生成CDG文件，后置處理器定制包括機(jī)床幾何建模、運(yùn)動(dòng)模型、機(jī)床參數(shù)設(shè)置、樣式表設(shè)置、NC樣式表設(shè)置、數(shù)控系統(tǒng)代碼構(gòu)造和輔助M功能配置等步驟[6-7]。定義振蕩車開始輔助M指令(27，128)，具有開始和關(guān)閉兩個(gè)開關(guān)選項(xiàng)，用來進(jìn)行振蕩車NC程序的后置處理輸出控制。

利用代碼構(gòu)造器中的內(nèi)嵌CODE語言定義NC處理子過程Zdc，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)的CAM操作中輸出的刀位點(diǎn)均為直線插補(bǔ)，輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)為P0(x0,y0,z0)，此點(diǎn)為工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)的刀位點(diǎn)，則需要生成的NC程序段應(yīng)將“車刀正轉(zhuǎn)”，即生成刀具圓周方向靜止，工件轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具沿x坐標(biāo)平動(dòng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)為P1(x1,c1,z0)，則有：

c1=180，(x0<0，y0=0)

c1=270，(x0=0，y0>0)

c1=90，(x0=0，y0<0)

2　應(yīng)用實(shí)例

某型機(jī)床為具有X、Z、B和C四軸的雙主軸雙刀塔的車銑復(fù)合機(jī)床，具體參數(shù)如表1所示。

表1　機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

選擇典型的凸輪零件測(cè)試，零件除外輪廓之外的其它表面已經(jīng)完成精加工，外輪廓面振蕩車削前已經(jīng)完成粗加工，精加工余量為1mm，如圖4所示，綜合Edgecam的CAM操作定義參數(shù)和生成的NC程序結(jié)果，得知完全滿足機(jī)床程序要求。經(jīng)過實(shí)際切削加工，得到了合格的凸輪輪廓曲面。

(a)實(shí)際加工的凸輪零件模型　(b)機(jī)床振蕩加工用的NC程序(部分)

3　結(jié)論

基于Edgecam的凸輪振蕩車加工經(jīng)過驗(yàn)證完全能夠滿足NC程序的使用要求，可以用于生產(chǎn)實(shí)踐。Edgecam 軟件適合復(fù)雜的車銑復(fù)合機(jī)床加工的數(shù)控程序編制，通過VB.NET語言結(jié)合PCI、PDI和Code wizard等二次開發(fā)工具能夠定制開發(fā)復(fù)雜的數(shù)控零件的自動(dòng)化編程模板。

[1] 吳丹，王先奎，趙彤，等.非圓車削1中刀具運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，43(11)：1472-1475.

[2] 韓慶瑤, 韓芝龍, 路世強(qiáng). 基于 EdgeCAM 的數(shù)控加工技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用[J]. 機(jī)床與液壓，2009，37(6)：214-216.

[3] 李鐵鋼. 基于Edgecam的禮品雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)開發(fā)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2015(2)：29-31.

[4] 李鐵鋼. 基于UG Postbuilder的五軸后置處理器設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓, 2009, 31(10):72-74.

[5] 李鐵鋼. 基于Edgecam的電極自動(dòng)化編程系統(tǒng)開發(fā)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化，2015，37(1)：127-129.

[6] 李鐵鋼. 基于UG的后置處理和加工仿真研究[J]. 工具技術(shù)，2012，46(8)：30-32.

[7] 李鐵鋼. 車銑復(fù)合集成數(shù)字化制造技術(shù)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(2)：121-124.

(編輯李秀敏)

Research on CNC Programming for Cam Vibratory Turning

LI Tie-gang

(Mechanical School，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136,China)

In order to solve the problem of contour machining in Cam, the method of automatically programming for vibratory turning was introduced. The method of CNC programming is proposed in Edgecam, firstly, the method of processes planning was discussed, then, the key technology of CAM operation construction and post-processing based on such re-development tools as VB.NET, PCI and PDI were studied, finally, the Case study validates the proposed method, which provides reference for post processing in other machine tool.

CAM machining; vibratory turning; automatically programming; Edgecam; VB.NET

1001-2265(2016)09-0113-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.032

2015-11-23；

2015-12-22

遼寧省科技廳基金資助項(xiàng)目(20141096)

李鐵鋼(1973—)，男，沈陽人，沈陽工程學(xué)院副教授，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)，(E-mail)ltgchina@126.com。

TH162;TG65

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