基于CAXA數(shù)控車(chē)的特殊弧形零件的自動(dòng)編程

在數(shù)控車(chē)削加工中，弧形零件是一種較為常見(jiàn)的加工零件，其輪廓通常由直線和圓弧曲線構(gòu)成。對(duì)于此類(lèi)外形輪廓較為簡(jiǎn)單的零件，編程人員可以通過(guò)常見(jiàn)的編程指令G01、G02、G03來(lái)實(shí)現(xiàn)。而對(duì)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(gòu)成，如果采用手工編程的方式，編程人員沒(méi)有現(xiàn)成的編程指令可循，只能利用宏程序進(jìn)行編程加工，而宏程序編程涉及到變量設(shè)定、程序語(yǔ)言結(jié)構(gòu)設(shè)定、坐標(biāo)平移變換等多種計(jì)算機(jī)及數(shù)學(xué)處理方法，計(jì)算容易出錯(cuò)且工作效率較低，無(wú)法滿足企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要。若采用軟件自動(dòng)編程方法，則可以明顯提高編程效率和編程質(zhì)量，尤其是在外形輪廓是非圓弧的復(fù)雜曲面編程中，更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
自動(dòng)編程就是利用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用軟件編制數(shù)控加工程序的過(guò)程。目前，常見(jiàn)的數(shù)控車(chē)床自動(dòng)編程軟件有CAXA數(shù)控車(chē)、Mastercam、UG、pro/E等。其中，CAXA數(shù)控車(chē)是我國(guó)自主研發(fā)的一款集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)于一體的數(shù)控車(chē)床專(zhuān)用軟件，其具有零件二維輪廓建模、刀具路徑模擬、切削驗(yàn)證加工和后置代碼生成等功能。下面通過(guò)一復(fù)雜弧形零件——手柄輪廓零件的數(shù)控編程來(lái)介紹CAXA數(shù)控車(chē)在自動(dòng)編程中的具體應(yīng)用。

1 特殊弧形零件分析

1.1 手工編程難點(diǎn)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(jiǎn)單圓弧面構(gòu)成，而是由特殊的曲線方程所構(gòu)成，例如橢圓方程、雙曲線方程或拋物線方程。如圖1和2所示。

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圖1 橢圓方程弧形零件示意圖

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圖2 拋物線方程的弧形零件示意圖

在一般數(shù)控系統(tǒng)中(FANUC、SIEMENS和華中數(shù)控系統(tǒng))，只能做直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的切削運(yùn)動(dòng)，如果工件輪廓是非圓弧曲線，數(shù)控系統(tǒng)就無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)。因此對(duì)于此類(lèi)具有特殊曲面的弧形零件，編程人員無(wú)法直接使用編程代碼進(jìn)行手工編程，而需要通過(guò)一定的數(shù)學(xué)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(shí)際加工過(guò)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(shí)，首先要計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)的計(jì)算一般都比較復(fù)雜，靠手工計(jì)算很難完成，必須借助計(jì)算機(jī)輔助處理。

(2)利用逼近法編程時(shí)，工件的輪廓精度取決于節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，所取節(jié)點(diǎn)越多，計(jì)算愈復(fù)雜，誤差相對(duì)較小，但程序段越長(zhǎng)，加工時(shí)間越長(zhǎng)，工作效率降低。

(3)利用宏程序編程時(shí)，要求編程人員懂得計(jì)算機(jī)語(yǔ)言方面的知識(shí)，例如變量的設(shè)定，各種循環(huán)語(yǔ)句、跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句及判斷語(yǔ)句的格式，程序的調(diào)試等，對(duì)編程人員水平要求比較高。

(4)特殊曲線的原點(diǎn)與編程原點(diǎn)往往不重合，因此在手工編程時(shí)編程人員需要花大量時(shí)間進(jìn)行坐標(biāo)平移變換、變量轉(zhuǎn)換等繁瑣的計(jì)算編程，導(dǎo)致工作效率較低。

1.2 典型特殊弧形零件——手柄的工藝分析

1.2.1 手柄零件圖分析

如圖3所示，零件手柄的輪廓由直線、楠圓、螺旋線和圓弧所構(gòu)成。該零件圖的加工準(zhǔn)點(diǎn)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(jì)算，若采用手工編程，則各段曲線相切處的節(jié)點(diǎn)計(jì)算非常復(fù)雜，必須借助計(jì)算機(jī)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(shí)只能使用G73循環(huán)指令。該指令會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多次走空刀的現(xiàn)象，降低了加工效率。

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圖3 手柄的加工零件圖

因此利用CAXA數(shù)控車(chē)對(duì)手柄零件進(jìn)行自動(dòng)編程，手柄零件造型如圖4所示。

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圖4 手柄的造型圖