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CIMATRON在轮廓数控车削编程中的应用
来源:中数休闲   发表时间:2006/7/17  浏览次数:2447
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摘要 介绍如何将CIMATRON 软件与机床数控系统功能结合,开发专用后置处理程序,弥补软件车削模块功能的不足,将非圆轮廓的直线拟合编程改进为圆弧拟合编程,优化车削程序,提高编程质量、零件加工质量和数控设备加工效率。

关键词:圆弧拟合 优化程序 编程质量


1 问题的提出

    在实际生产中,某些零件的形状是由公式曲线或列表点曲线构成的回转体。由于目前数控车床的数控系统只具有直线和圆弧的插补功能(G01 和G02),因此对于这类零件的车削加工,必须按规定的精度要求对轮廓进行直线或圆弧逼近,拟合生成节点后才能编制数控程序。

    以往一般是首先建立零件的数学模型,确定轮廓逼近计算方法,再利用BASIC 或C 语言等编制特定的程序来进行拟合节点计算,从而实现零件加工,这样费时费力,操作过程十分繁琐。现在,随着CAD/ CAM 软件应用的普及,CAD/ CAM 技术为此类零件的节点计算编程提供了更好的方法,与传统方法相比,大大减少编程和调试时间,提高效率,拟合效果直观,便于检查和修改,同时也方便了产品的数据管理。目前使用的CAD/ CAM 软件种类很多,以色列的CIMATRON 软件是其中一种,它是一套全功能、高度集成的CAD/ CAM 系统,被广泛应用在机械、电子、交通、航空航天等行业,它的CAD 模块可进行复杂的零件曲面造型,CAM 模块可编制各种方式的加工路径,包括数控车削、数控铣削、数控电火花线切割机等。

    在利用CIMATRON 软件进行非圆轮廓车削编程中发现,其车削模块功能仅限于直线拟合,无法进行圆弧拟合。由于直线拟合与圆弧拟合相比,各段连接处不光滑,轮廓度相对较差;而且在相同拟合精度下,数据段大大增加,程序容量大( 一个上百段的直线拟合程序,如果用圆弧拟合编程可能只有十几段),因此找到一种能实现非圆轮廓圆弧拟合的简便方法,提高编程质量、零件加工质量和数控设备加工效率是十分必要的。

2 解决思路

    通过不断地摸索和尝试,发现利用CIMATRON 软件自身的功能,再充分结合机床数控系统的特性,可快速、准确地实现非圆轮廓圆弧拟合编程,关键内容包括三个部分。

    2. 1 CIMATRON 软件的CAM 模块

    软件的二维轮廓平面铣削模块( PROFILE)具有直线拟合和圆弧拟合两种功能,因此考虑将零件模型转入平面铣削加工模式中,选择圆弧拟合方式,同时将铣刀半径值设为0,即让刀具沿零件图样上的实际轮廓线进行加工,产生刀位文件,这样就可以实现轮廓圆弧拟合铣削。

    2. 2 CIMATRON 软件的后置处理

    通过开发专用的后置处理程序对上述刀位文件进行处理,将铣削程序转换为沿零件图样尺寸加工的车削程序。

    2. 3 车床的数控系统

    数控系统通常都具有刀具半径补偿功能(G41 和G42),所以实际加工时,在车床的操作界面上输入实际使用的车刀圆角半径值,由数控系统自动计算来完成刀具半径补偿,从而最终实现对零件轮廓的正确加工。

3 具体操作方法

    3. 1 零件CAD 造型

    要加工出合格产品的第一步就是建立准确的产品模型。启动CIMATRON 软件,建立新模型文件,再进
入造型模式(MODELING)。

    3. 1. 1 公式曲线

    利用菜单USER→GEOMETRY→MATHCRV,可输入公式曲线的参数方程,从而建立XOY 平面上的轮廓母线。应当注意,虽然曲线位于XOY 平面上,也必须输入Z = 0,不能忽略,否则出错。

    3. 1. 2 列表点曲线

    首先利用菜单POINT→SINGEL POINT→KEY IN,输入零件每个点的X、Y 坐标,接着利用菜单SPLINE→2D SPLINE,选择曲线所在的XOY 坐标平面,选择拟合方式、拟合误差及输入的各个坐标点,即用样条曲线拟合生成列表点曲线。

    3. 2 零件CAM 加工

    将零件CAD 模型转入加工模式(NC)中。

    1)选择菜单CREAT→MILL2. 5AXES→PROFILE(二维轮廓加工),进入加工操作界面。

    2)根据工艺分析的装夹位置、加工对刀点和起终点来设定零件CAM 坐标系原点、加工路线及进、退刀方式,输入切削参数( 如FEED RATES、SPINDLESPEED 等),在拟合方式一栏中选择CIRC. APROX(圆弧拟合方式),即产生轮廓铣削刀位文件,之后还可利用MANUAL EDIT 菜单进行刀位文件的编辑修改。

    3. 3 后置处理程序

    后置处理部分是处理与机床控制器直接相关的信息,它是把刀位文件作为输入,经过处理,就可以输出数控机床加工用的NC 指令文件,由于CIMATRON 软件并没有针对此种特殊情况( 铣削路径转车削路径)的后置处理程序,因此必须编制新的专用后置处理程序(文件后缀为EXF)。

    CIMATRON 软件的后置处理程序由多个模块构成,可通过提取相关的系统参数,来编制相应的指令功能。编制该后置处理程序文件的关键在于:进行零件CAM 平面铣削加工时,加工坐标系MACSYS 是建立在XOY 坐标平面上的,而数控车床的实际加工坐标系是XOZ 坐标平面,因此必须在后置处理中进行坐标转换,即MACSYS 坐标系中的X 轴对应车床的Z 轴,MACSYS 坐标中的Y 轴对应车床的X 轴,同时由于车床程序中X 值要求为回转体的直径坐标值,所以还必须对MACSYS 坐标系中的Y 轴坐标值进行关系运算。

    在LINEAR MOTION(直线插补模块)、CIRCULARMOTION(圆弧插补模块)中,分别编制如下语句。

IF SET(X CURPOS)OUTPUT“Z”X CURPOS ;END IF;

YY = 2*Y CURPOS;

IF SET(YY)OUTPUT“X”YY;END IF;

    其中X CURPOS、Y CURPOS 分别是X、Y 当前坐标值,YY 是计算的中间变量。

    同理在程序头、程序尾等模块中对X、Y 坐标值分别进行转换,其余部分内容与通用的二维后置处理程序基本相同,同时应保证后置处理文件中编制的数控程序格式、指令代码等与实际机床数控系统相匹配。新编制的后置处理文件(*. EXF)在CIMATRON 上调试编译通过(生成*. DEX 文件)后方可使用,刀位文件通过该文件进行处理即产生适合机床加工的数控车削程序。

    3. 4 调试和加工

    将加工程序经网络传送至数控车床,加工时,首先找正工件,对刀进行坐标系偏置,将机床上的工件坐标系与CAM 坐标系设成一致;接着在机床数控系统参数表中输入实际车刀的刀尖圆角半径,实现刀具半径补偿;最后改变加工路径偏移量,实现轮廓粗、精车削加工。

4 结语

    在非圆轮廓的数控车削编程过程中,将CIMATRON软件与机床数控系统功能结合,快速、准确地产生圆弧拟合的数控程序,其编程效率高,拟合节点数少,程序短,大大优化数控程序,特别是它便于掌握,易于使用,为编程人员提供了一种理想的方法,在实际生产中得到了应用,效果良好。

参考文献

1 马誉贤. 通用后置处理软件的开发. CAD/ CAM 计算机辅助设计与制造,2001,6
2 李福生. 实用数控机床技术手册. 北京:北京出版社,1993

 


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