印章加工中數控車床與銑床的結合運用

摘要：以我院的數控實訓為例，在進行的6周數控實訓中，車床和銑床的加工實訓都分開培訓（所使用的都為FANUC Oi系統），雖然通過幾周的實訓操作，學生都能掌握車床和銑床各自的加工方法，但對于較復雜，需要車銑共同加工的零件缺少足夠的認識和處理的辦法。因此，通過對具體復雜零件（印章）的加工分析，在實訓過程中運用數控車床和數控銑床把零件加工出來。

關鍵詞：加工工藝 車床加工 銑床加工

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1 加工工藝

數控加工程序編制方法有人工編程和自動編程之分。手工編程，程序的全部內容是由人工按數控系統規定的指令格式編寫的。自動編程即計算機編程，可分為以語言和繪畫為基礎的自動編程方法。但是，無論是采用何種自動編程方法，都需要有相應配套的硬件和軟件。

可見，實現數控加工編程是關鍵。但光有編程是不行的，數控加工還包括編程前必須要做的一系列準備工作及編程后的善后處理工作。一般數控加工工藝主要包括以下內容：①選擇并確定進行數控加工的零件及內容。②對零件圖紙進行數控加工的工藝分析。③數控加工的工藝設計。④對零件圖紙的數學處理。⑤編寫加工程序單等。

以上圖為例，該組零件先用數控車床加工出印章輪廓，再由數控銑床雕刻出字體。

2 數控車床加工

根據右圖所示的待車削綜合零件，材料為45號鋼，零件的的最大直徑為67.5mm，采用的毛坯料直徑為75mm，毛坯長度為120mm。

如上所述，該零件加工可以采用手工編程和自動編程兩種方法加工，現將這兩種方法介紹如下：

2.1 手工編程加工 要求分析工藝過程與工藝路線，編寫加工程序。

2.1.1 選擇機床與刀具。加工該零件選擇FANUC Oi系統、前置刀架式數控車床加工，編程原點設在工件右端面與Z軸相交的交點上。

2.1.2 加工步驟。①G71粗加工去除部分余量，減少G73加工的空行程。②G73外形粗加工。③沿G73軌跡用G70進行精加工，保證圓弧面的光滑連接。④G75切斷。⑤調頭精車端面并保證總長。

2.1.3 基點計算。基點采用相似三角形法進行計算。

2.1.4 選擇刀具與切削用量。①1號刀為90°外圓車刀。切削用量：粗車S600、F80、ap1.5，精車為S1200、F100、ap0.3。②2號刀為菱形刀片外圓車刀。主偏角為93°，刀尖角小于53°；切削用量：粗車為S600、F80、ap1.5，精車S1200、F100、ap0.3。③3號刀為切斷刀。刀寬為3mm，切削用量為S300、F20。

2.1.5 編寫加工程序（略）。

2.1.6 工藝說明。根據上面程序的編制，本例題重點在于如何正確處理凹凸圓弧部分的粗車循環問題：即使加工所用系統已具備成形（凹、凸輪廓并存）粗車循環功能，但對凹、凸起伏較大的輪廓，如果使用G73指令進行成形粗車，其中的空行程將大大增加，其加工效果不如采用G71方式。因其G71不能同時解決凹、凸部分的精車循環，所以先通過G71循環，以解決凸出部分的粗加工；然后通過G73循環，以解決整個輪廓（重點是凹輪廓）的粗車，最后執行G70精車循環，以完成整個外形輪廓的精加工。

綜上所述，采用手工編程的方法把印章的輪廓加工出來。總體而言較復雜，但對于學生的學習和練習起到很大的幫助，有助于編程能力的提高。

2.2 自動編程加工 CAXA數控車具有CAD軟件的強大繪圖功能和完善的外部數據接口，可以繪制任意復雜的圖形，可通過DXF、IGES等數據接口和其他系統交換數據。CAXA數控車具有軌跡生成及通用后置處理功能，該軟件提供了強大、使用簡潔的軌跡生成手段，可按加工要求生成各種復雜圖形的加工軌跡。通用的后置處理模塊使CAXA數控車可以滿足各種機床的代碼格式，可輸出G代碼，并可對生成的代碼進行效驗及加工仿真。

同樣以上圖為例，利用CAXA數控車軟件加工出印章形狀。

2.2.1 選擇機床與刀具。同上（手動編程）。

2.2.2 選擇刀具與切削用量。1號刀為菱形刀片外圓車刀（參數設置與手動編程一致）。2號刀為切斷刀。刀寬為3mm，切削用量為S300、F20。

2.2.3 加工步驟。該功能用于實現印章的外形輪廓的加工，通過對加工參數、進退刀方式、切削用量、輪廓車刀等參數的設置，完成如下圖形：

此時完成后生成加工軌跡，選取CAXA軟件“數控車”菜單區中的“生成代碼”功能項，拾取上圖中剛生成的刀具軌跡，即可生成加工指令（生成的G代碼指令略）。

通過“CF”卡把生成的G代碼指令導入到FANUC機床中，生成加工程序，把印章外形加工出來。

通過自動加工的練習，使學生對CAXA軟件有更深入的了解，熟練掌握繪圖、參數設置、程序生成等各方面的操作，對掌握圖形加工有更多的方法。

3 數控銑床加工

印章外形已經加工結束，還要用銑床把字體加工出來，按照人工編程加工會顯得很繁瑣，必須找到每個字體的坐標，所以可以使用Master CAM軟件進行操作。

Mastercam軟件實現雕刻文字的建模及自動編程加工過程，并將軟件生成的后置程序G代碼傳輸到FANUC數控銑床機床上，實現了雕刻文字的建模、仿真和實際加工。

以上圖為例，文字雕刻在FANUC數控銑床上的加工實例分析：

3.1 文字模型的建立 Master CAM中文字的定義是由線、圓弧和NURB曲線組成的。依次單擊主菜單中“繪圖→文字→繪制文字”， 其中包含定義字體、文字大小、字體的定位方式以及可以以某一直徑的圓建立環形文字等參數。

3.2 凹形文字雕刻加工

3.2.1 毛坯設定。

3.2.2 構建凹形文字刀具路徑。設定好的毛坯材料的上表面為待加工平面。由于所雕刻的文字為凹形文字，因此只需要把將由線、圓弧和NURB曲線組成的文字外輪廓的內部材料銑削除料即可（操作步驟略）。

3.2.3 實體切削驗證及后處理G代碼生成。具體操作步驟為：在Master cam中調用操作管理器功能，依次選擇所需檢驗的刀具軌跡進行仿真加工。關閉模擬功能，執行后處理功能，設置相應后處理參數，即可生成NCI的文件，即該文字雕刻的G代碼程序。

3.2.4 雕刻文字在FANCU加工中心上的具體實現。在Master cam軟件中，對所生成的雕刻文字的路徑軌跡進行了驗證，并生成了相應的G代碼，對所生成G代碼的文件頭和尾做適當修改后，通過數據線傳輸至FANUC數控加工中心系統中，即可實現雕刻文字在數控銑床上的應用。

使用Master cam軟件生成數控代碼，并傳輸至數控銑床，操作者只要輸入刀具參數，就可以按照編制好的程序進行零件加工。不僅大大減少了編程人員的工作量，更縮短了手工編程的調試時間，提高了工作效率，特別是形狀復雜的零件，手工編程很難實現，Master cam則很容易完成。學生通過對該字體的練習加工，對Master cam軟件有更深入的理解，掌握該軟件的畫圖功能，熟練使用該軟件在數控加工中的應用。

4 結束語

以車銑結合的零件（印章）為例，通過對零件的分析，制定零件的加工工藝，熟練掌握車床和銑床的操作練習，把零件加工完成。在車床練習中使用CAXA數控車軟件進行畫圖和自動生成加工程序，在銑床中使用MasterCAM對所要加工的字體進行自動編程，激發學生的學習興趣，喚起學生參與到該項目活動中來的熱情。并且在老師的指導下通過畫圖、編制工藝步驟、編寫程序直到做出實體零件來。

總而言之，這次數控實訓教學方法的改進取得了初步的成效。因此，今后在課題的選用上要下功夫，需要教師們認真經過多次的研討，緊緊結合崗位能力的要求來確定，并且與書本知識緊密結合，要有一定的想象空間，讓學生既能運用所學的知識，又可以自主創新，并且項目的難易程度要針對學生的實際水平來確定。

參考文獻：

[1]沈建峰.數控車床編程與操作實訓.國防工業出版社，2005.

[2]CAXA數控車2011用戶指南.

[3]解金榜.Mastercam數控加工實用教程.人民郵電出版社，2006.

[4]張導成.Mastercam應用.機械工業出版社，2003.