数控车床加工抛物线轮廓的编程研究

韦洪新，王智森，曾 高

(景德镇学院，江西 景德镇 333000)

数控车床加工编程的方式分为手动和自动编程，编程人员根据零件图纸要求完成编程编写称为手动编程，自动编程主要将零件图纸输入相关软件中，通过数值处理编写出零件程序单，进而加工出零件的过程。[1]常用的自动编程软件有UG、Mastercam、CAXA数控车等。CAXA 数控车作为国产软件，在仿真加工中可以生成复杂零件轮廓轨迹，功能十分强大。[2]本文以此为研究平台，对抛物线轴零件编程进行分析，研究了两种不同编程模式下的优缺点，为相关工程人员加工类似零件时选择何种加工方法提供指导与参考。

1 抛物线轴的结构工艺与技术要求分析

1.1结构分析

抛物线轴的结构比较简单，主要由阶梯轴和抛物线轴组成(见图1)。

图1 零件图纸

1.2技术要求分析

1.3毛坯尺寸的设定

零件在加工时，毛坯的设置一般没有明确要求，但毛坯设置过大，需要切除余量较多。为方便加工，选择的棒料单边余量取2mm，直径余量取接近棒料值即可，综合考虑零件图纸技术要求，选择材料为45号钢，毛坯尺寸为Φ120×80mm。

1.4加工工序

根据零件分析可知，抛物线轴的加工使用粗车—半精车—精车的方式加工即可。[3]

1.5 确定定位基准

粗精基准的选取标准不同，在粗基准的选择过程中，加工余量大小决定加工表面的尺寸剩余，一般以余量最小为粗基准，同时应尽量方便加工和工件装夹等。[4]该设计中以毛坯表面为粗基准，抛物线轴的精加工基准选择Φ58外圆。

1.6 抛物线轴工艺路线

抛物线轴的加工工艺路线如表1所示：

表1 加工工艺

2手动编程

车削加工时以加工零点为起点，计算每个点的坐标进行编程，该零件中以圆柱右端面中心位置为工件坐标系零点，根据数控车床的语言赋予指令，再加一个循环指令实现零件的加工。左端部分为普通编程的加工，不做过多介绍。右端通过设置程序的变量来完成抛物线轴车削外圆程序。[5]

表2 抛物线轴车削外圆程序

图2 车外圆加工图

抛物线的公式为：X=Z2/70，这个公式Z是自变量、X是因变量，当Z是0的时候，X也是0；当Z是11.2的时候，X就是70 ，然后进行编程，首先Z就是#1，就是自变量。#1=0，从0点开始，然后写终点WHILE[#1LE11.2]DO1，当Z到11.2的时候加工结束，然后将抛物线的公式转化为机床语言#2=SQRT[#1*70]*2，再将上面的计算和XZ轴关联G1X#2Z-#1F0.1，确定刀具的走刀距离#1=#1+0.1。

3自动编程

粗车加工外轮廓设定每次被吃刀量为1mm，加工精度为0.005mm，轴向余量为0.5mm，其他的参数均可在软件中设置，粗车加工参数如图3所示。进退刀方式如图4所示设计，进刀方式选择垂直进刀，由于垂直退刀将会对已经加工的表面划伤，所以退刀选择垂直退刀。

图4 进退刀方式

切削用量还是选择转速和圆弧拟合，刀具选择外圆车刀，轮廓车刀类型及对刀点的方式如图5所示。

图5 车刀类型

刀具设置完成并仿真后，生成的刀具走刀路线如图6所示。

图6 加工路线

图7 程序

图8 零件三维图

4结论

对于几何形状较为简单的工件，程序的刀位点计算也简单，程序段较少，“手工编程”比较方便。在实际加工中的复杂零件，特别是空间曲面零件,程序量大，计算繁琐易出错、甚至无法用数学模型表示，手工编制程序很难完成，甚至是无法实现的。因此，为了缩短生产周期，减少零件出错率，提高生产率，解决各种复杂零件的加工问题，采用“自动编程”方法是较为合适的选择。