MC-Lathe模块在复合车加工中的应用

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CAD／CAM软件已成为机械冷加工中提高数控编程效率，解决复杂零件数控编程，扩展数控性能和加工范围的重要工具。利用Mastercam软件的Lathe模块，进行刀路编程，对比采用两种不同后处理的插补方式，在车削中心上对产品零件进行二维和三维的车铣复合的加工，提高编程效率，避免产品多次装夹所造成的重复定位误差，保证了产品的尺寸精度要求。
- l5 o7 B3 p9 W4 T$ B; A/ L7 K引言
- ]* n( x4 m' _4 w! Z# D$ ^Mastercam是美国CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，搭载硬件配置要求低，操作便捷，功能强大，具有从零件的造型，到刀路生成和后处理功能。当今，加工零件趋向复杂，零件精度越来越高，数控加工轴数越来越多，手工编程已经不能满足现代加工的要求。采用CAM的软件编程，已成为现代数控加工提高编程效率和解决复杂零件加工和多轴加工的有效手段。
Mastercam的Lathe模块，菜单功能丰富，造型方便，在刀具路径中不仅有各种外形循环，螺纹及内孔循环的粗、精加工，并集成有C轴、曲面、挖槽的加工，C轴尤其是在曲面加工中，自动编程能加工无固定逻辑关系的曲面，解决了手工无法编写和宏程序也解决不了的加工程序问题。Lathe模块中的C轴刀路的二维和三维加工扩展和提高了数控车削中心的加工范围。
# i2 D5 Q* h* g. [! N! E  a" n1 车铣复合加工的应用
0 f0 k6 k" {5 C0 V& q0 B6 l3 X1.1 转接轴类零件
; w* H) @4 E* D+ B如图1所示，转接轴零件由长方体与轴类零件组成，长方体与前端轴的轴线X向为同轴心，Y向的轴心距为4mm，偏心距极限偏差为±0.005mm。该零件的形位公差要求较高，平行度和垂直度要求0.02mm。如果按车、铣工序分别加工，零件车加工后，铣削装夹导致重复定位装夹误差，难以保证该零件形位公差及前端轴的轴线与长方体外形的偏心距尺寸4±0.005mm控制在公差范围内，利用和开发Mastercam软件的Lathe模块的铣削复合加工，可以单次装夹完成所有工序，确保产品尺寸精度及行位公差要求。

6 \8 c1 F* g9 p- N(a) lathe模块造型               (b) 设计造型
图1 转接轴
. v" z& f! A6 N2 |9 `6 e9 y3 t1.2 转接环类零件
  r- E- z: ^# |, o+ F: d转接环零件按传统工艺加工时，在车加工完成后，需进行铣加工，铣床加工装夹较困难，内环中心与相对六处搭子的孔位精度公差为0.02mm，车铣分工序加工，难以保证达到要求。使用CAM软件的Lathe模块编程进行车铣复合加工，在哈挺T42复合车铣中心上可一次装夹完成外形和内腔的加工，用切断刀切下，保证了工件的总长尺寸及其公差要求，节省一道加工工序。
; D' _' ^7 r" L, y9 _  L2 t转接环CAM仿真加工图如图2所示。
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/ A! S) v& }* t: G图2 转接环CAM仿真加工
2 u5 b4 o- ?+ n' Q- ^3 F- \1.3 三轴联动
9 B% Z! H/ r- A0 ?2 R1 I加工接头类零件，常用方式为宏程序编程，但宏程序编写有一定的条件制约，它只能按照一定逻辑关系进行编写，而自动编程可以克服宏程序的编写的缺陷，只要能造出产品的实际造型、确定选用的刀具、刀路和选用的切削用量参数后，就能根据造型快速生成加工程序，提高编程的效率，扩大数控设备的加工范围。图3为接头零件的车铣复合仿真三轴加工图。
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图3 接头的车铣复合仿真三轴加工
2 后处理插补方式的研究
( u/ q! j$ F- p1 t3 p各种工件轮廓，大部分由直线和圆弧等基本要素构成，可直接生成刀路。如果加工的轮廓由二次曲线和高次曲线组成，加工刀路需采用最小直线、圆弧要素来拟合，这种拟合的方法就是插补，它是数控装置依据编程时的有限数据，按照一定方法产生直线、圆弧等基本线型，并以此为基础完成所需轮廓轨迹的拟合。
: v" y- G* O. j( e- u在Lathe模块的车铣复合加工自动编程中，通过软件数据采样插补和极坐标插补方式两种不同的插补方式对产品进行二维和三维的车铣复合加工。
2.1 数据采样插补
: J9 t/ U5 k( w: t9 R转接轴后处理数据采样程序如图4所示。

图4 转接轴后处理数据采样插补程序段
) Y* ?, e+ V: A从Lathe模块进行铣削加工的程序段可以看出，该模块生成的程序为数据采样插补方法，数据采样插补是将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，数据采样插补法得出的不是进给脉冲，而是用二进制表示的进给量。计算机定时对坐标的实际位置进行采样，通过采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差。
: ?! f* s8 M& l( S7 }2 ~8 j, b对于直线插补，动点在一个周期内运动的直线段与给定直线重合，对于圆弧插补，动点在一个插补周期运动的直线段以弦线逼近圆弧，插补用一小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各个轴要运动的距离，不需要每走一步脉冲当量插补一次，从而可以达到较高的进给速度。
* X- T1 \" S6 t: O+ V0 }2.2 极坐标插补法
图5为转接轴后处理极坐标插补程序。

6 [/ E) g. ]* o图5 转接轴后处理极坐标插补子程序段
采用G112的极坐标插补法，是控制器对几个数据进行判读，确定各轴必须移到指令终点的方法和速度，采用极坐标插补法的坐标系统，各编程终点作为坐标分布在这一平面上，在用此种方式进行复合加工时，应当指出的是在极坐标插补加工指令有效情况下，可使用下列各G代码：G01，G02，G03，G40，G41，G42，G65，G98。在极坐标插补有效的情况下，不允许G00定位，使用极坐标插补时，C轴指令的单位是毫米或英寸，而不是度。当指令为C-时主轴将作正向旋转，指令为C+时主轴将作反向旋转。在命令C轴之前，必须用M23仿形方式来启动C轴。G113取消极坐标插补。
2.3 两种插补方式对比
数据采样插补输出的是下一个插补周期内各轴要运动的距离，不需要每走一步脉冲当量插补一次。对于极坐标插补，计算机在控制加工过程中，能逐点计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需的工件。通过计算机偏差判别一进给一偏差计算一终点判别的步骤来完成插补。
9 B$ r8 w2 O  I4 w通过图4和图5的两个程序段可以看出，在同一个零件的加工中，数据采样插补生成的程序段的字节量要比极坐标插补法的字节量大80％左右。当CNC数控系统内存较小和系统不支持DNC加工和外部memory card调用的情况下，内存不够存储所生成的加工程序字节量时，可以考虑尝试采用通过极坐标插补方式来完成零件车铣复合的加工。
3 复合加工自动编程中的参数设定和补正
' h5 C4 ?7 c+ g; V& Z车铣复合加工时，需先进行产品造型，在生成加工刀路前，软件将要求操作者在刀具参数中输入所用的铣削刀具直径等参数，在铣削参数中要求输入所用的刀具补偿方向G41或G42，铣削深度及Z轴分层每刀铣削的深度及补偿方式，图6为Lather模块加工参数设置界面图。

2 H6 r, j4 c3 P图6 Lather模块加工参数设置界面图
3 x3 {0 C& t$ L. `2 z由图6可知，由计算机直接补偿，控制器补偿，两者和两者反向的补偿方式可供选择。选用不同的补正方式，CAM软件将自动生成相对应的加工轮廓轨迹。
4 结束语
综上所述，充分开发Mastercam软件的Lathe模块，利用其不同后处理的插补方式，可在哈挺T42车铣复合中心上对产品零件进行二维和三维的车铣复合的加工，提高编程效率，避免产品多次装夹所造成的重复定位误差，保证了产品的尺寸精度要求。【MechNet】
0 L- r7 S; {( a文章关键词： 模块