CAXA數控車手動編程與自動編程的比較研究

韋洪新，曾 高

(景德鎮學院，江西景德鎮333000)

數控車床加工編程的方式有手工編程和自動編程兩種，其中手工編程是G71,G76等加工指令對零件進行編程，自動編程是使用軟件進行編程，常見的軟件有UG軟件，CAXA軟件等[1]。CAXA數控車軟件具有CAD軟件的繪圖功能和數據轉化功能，對于DWG、DXF等格式的文件都能打開，這款軟件自帶圖框，表面粗糙度符號，國標圖庫等，在繪制圖紙時非常方便。在數控車加工上，可以對復雜的圖紙生成加工軌跡，滿足市場上多款加工系統。CAXA軟件可以根據程序逆向出加工軌跡，減少繪圖時間，完成輪廓加工，軟件的穩定性絲毫不遜于其他軟件[2]。本文以 CAXA 2013數控車為平臺，對橢圓軸零件進行加工工藝分析和仿真，研究和探索了自動編程和手動編程的加工模式，為工業產品在加工制造時選擇合理的編程方式提供指導與參考。

1 機械加工工藝規程設計

1.1 結構分析

橢圓軸零件圖紙如圖1所示，整個零件除去常規的外圓和內孔還設計了凹橢圓，外螺紋，外圓弧等結構，零件的最大輪廓為Φ70×115mm零件比較大，加工難度較大，要仔細分析，安排合理的加工工藝，方便零件的加工。

圖1 橢圓軸圖紙

1.2 技術要求

零件左端尺寸為Φ32mm內孔，右端外圓錐面的角度為40°，大端的直徑為Φ60mm，整個外圓錐面的長度為32mm，最右端設計M30外螺紋，橢圓軸的默認表面粗糙度Ra=3.2μm，在車削加工時，Ra=3.2μm的表面粗糙度很容易達到，經濟加工精度為IT9級。

零件的Φ32mm內孔，Φ60mm外圓，Φ32mm外圓表面粗糙度Ra=1.6μm，在車削加工時，1.6μm的表面粗糙度比較難達到，再加上零件整體尺寸比較大，加工時比較危險，所以需要使用回轉頂尖頂住工件的端面，保證加工表面的質量。橢圓軸以左端的Φ60mm外圓為設計基準B，Φ70mm外圓為設計基準A，Φ60mm外圓端面與設計基準B的平行度為0.03mm。

Φ32mm外圓和Φ60mm外圓以及Φ32mm內孔與設計基準A的同軸度為0.025mm。

1.3 確定毛坯

棒料在選擇的時候軸向余量單邊一般取5mm，直徑余量根據棒料的規格取最接近的即可，根據零件圖紙要求，選擇45號鋼，毛坯尺寸為Φ75×120mm圓鋼棒料。

1.4 確定表面加工方案

就整個零件進行分析，需要使用到車削、鉆削兩種加工類型。在加工橢圓軸時使用粗車—半精車—精車的方式加工外輪廓和內孔，螺紋的加工選擇車削加工，螺紋退刀槽的加工選擇切槽刀加工，在車內孔之前需要進行鉆孔，以方便內孔車刀的加工。

1.5 選擇定位基準

粗加工基準的選取有具體的標準，比如以不加工的表面為粗加工基準等，但是不管以哪種類型為加工基準，都要方便加工，方便裝夾等，本次設計以毛坯面為粗加工基準[3]。軸類零件的精加工基準要方便裝夾，裝夾面的長度要稍長，使裝夾穩定，橢圓軸的精加工基準選擇Φ70外圓。

1.6 選擇機床設備與工藝裝備

本次加工選擇數控車床，型號確定為CK6140，配置FANUC 0iT編程系統，機床配置冷卻系統、四工位刀架、車床尾座、機床照明設備等組成，夾具選擇三爪卡盤，刀具安排如表1所示。

表1 刀具列表

1.7 設計加工工藝切削用量

表2 橢圓軸零件數控加工工藝過程表

橢圓軸加工工藝過程中牽扯到的切削用量等可以參照表2所示，在計算切削用量的時候，只能由相關公式計算一個參考值，加工時要根據加工的實際情況來調整轉速和進給的百分比，同時與操作者的經驗有關，以橢圓軸的參數進行計算，例如本次計算的轉速是600r/min，在加工時可以使用75%或者120%等轉速進行加工。

2 編寫手動加工程序

2.1 編程的基本介紹

車削加工編程的時候首先要確定加工零點，一般就是圓柱的圓心位置，以這個點為起點，計算每個點的坐標，然后再根據數控車床的語言賦予指令，比如G1，G2等指令，然后再加一個循環指令，比如G71等。本次設計的特殊位置為拋物線結構，需要使用宏程序，需設置程序的變量來完成。

2.2 橢圓軸的編程

FANUC系統數控程序橢圓軸車削右端面外圓程序及主要說明(其他步驟為普通編程，略)如下：

O0002

T0101

M3S600 確定車削加工時主軸的轉速和方向

G0X75 刀具從X方向快速的逼近零件

Z10 刀具從Z方向快速的逼近零件

G71U1R1 設置G71的進刀量和退刀量

G71P30Q50U0.5F0.2 設置G71的循環加工區間

N30G1X54F0.1 刀具到加工0點

Z0 刀具到加工0點

G03X60Z-3R3 加工R3圓弧

G1Z-15 加工Φ60外圓

#1=10 變量1：橢圓長軸

#2=5 變量2：橢圓短軸

#3=0 變量3：確定中心位置

N35#4=#2*SQRT[#1*#1-#3*#3]/#1

變量4：確定計算公式

G01 X[70-2*#4] Z[#3-15] 對變量4和變量3進行賦值

#3=#3-0.1 每次加工0.1mm

IF[#3GE-10]GOTO35 確定橢圓中點

G1X70 加工Φ70外圓

Z-50 加工Φ70外圓

N50G0X75 刀具從X離開工件，達到安全點

Z100 刀具從Z離開工件，達到安全點

G70P30Q50 G70指令對產品進行精加工

M05

M30

其中#1表示的是長半軸，#2表示的短半軸，#3表示的是橢圓軌跡的起點距橢圓中心的Z向距離，#4就是上面的數學公式，G01 X[70-2*#4] Z[#3-15]表示的是橢圓的位置，將前面的計算轉化為車床坐標，#3=#3-0.1每次加工的距離，IF[#3GE-10]GOTO35是一個判斷語句。

2.3 零件加工圖的仿真模擬

將前面加工工藝的相關參數和自動編程宏程序輸入到CAXA仿真系統中，在軟件中模擬出的加工實體模型如圖2所示。其他加工過程由于篇幅所限，在此不做過多介紹，最終由自動編程所加工出的仿真圖如圖3所示。

圖2 右端面橢圓曲線仿真加工

圖3 零件自動編程仿真結果

3基于CAXA的自動編程

3.1 粗車加工右端面

圖4 樣條曲線

圖5 加工參數

刀具從工件外進刀，以切削方式進入切出，在退刀時不能碰到已經加工完成的表面，本次車端面時選擇垂直退刀和進刀[6]。軟件仿真中的刀具和實際加工的刀具要求一致，在刀具設置時除了基本的參數，刀具類型選擇端面車刀，對刀的方式在刀尖對刀和刀尖圓心對刀中選擇(兩種方式都可以)，但要和實際加工的對刀方式一致，然后刀具類型為普通刀具，刀具的偏置方向為左偏刀，除去這些重要的設置，然后修改刀尖的前角和后角還有刀尖半徑，這些參數買刀具的時候說明書上有，切削用量選擇轉速和圓弧擬合，本次設置的參數如圖6所示。

圖6 刀具參數

刀具設置完成之后，生成加工路線如圖7所示，路線仿真結果如圖8所示。

圖7 刀具加工路線

圖8 路線仿真結果

圖9 自動生成的程序

3.2 精車加工右端面

圖10 零件自動編程仿真結果

圖11 零件造型圖

4 結論

將自動編程和手動編程的程序分別輸入到數控車床中進行零件加工，加工結果表明自動編程得到的橢圓軸外輪廓曲面的加工表面質量和光潔度優于手動編程。另外，自動編程代碼可通過串行接口直接輸入到車床系統內，避免因手動輸入引起的誤差，同時加工過程中自動編程加工時間較短，加工效率較高。

對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，程序的刀位點計算比較簡單，程序段不多，“手工編程”比較方便。對于一些復雜的可以由數學模型表示的非圓曲面，編程人員可以選擇宏程序編程，該方法使用操作簡單，刀具工藝路線思路清晰，方便調整程序等。綜上所述，在零件結構復雜時選擇自動編程更加方便，在零件結構較為簡單時，手工編程是最合適的選擇。