CAD/CAM軟件已成為機(jī)械冷加工中提高數(shù)控編程效率，解決復(fù)雜零件數(shù)控編程，擴(kuò)展數(shù)控性能和加工范圍的重要工具。利用Mastercam軟件的Lathe模塊，進(jìn)行刀路編程，對比采用兩種不同后處理的插補(bǔ)方式，在車削中心上對產(chǎn)品零件進(jìn)行二維和三維的車銑復(fù)合的加工，提高編程效率，避免產(chǎn)品多次裝夾所造成的重復(fù)定位誤差，保證了產(chǎn)品的尺寸精度要求。

　　引言

　　Mastercam是美國CNC Software公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件，搭載硬件配置要求低，操作便捷，功能強(qiáng)大，具有從零件的造型，到刀路生成和后處理功能。當(dāng)今，加工零件趨向復(fù)雜，零件精度越來越高，數(shù)控加工軸數(shù)越來越多，手工編程已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代加工的要求。采用CAM的軟件編程，已成為現(xiàn)代數(shù)控加工提高編程效率和解決復(fù)雜零件加工和多軸加工的有效手段。

　　Mastercam的Lathe模塊，菜單功能豐富，造型方便，在刀具路徑中不僅有各種外形循環(huán)，螺紋及內(nèi)孔循環(huán)的粗、精加工，并集成有C軸、曲面、挖槽的加工，C軸尤其是在曲面加工中，自動(dòng)編程能加工無固定邏輯關(guān)系的曲面，解決了手工無法編寫和宏程序也解決不了的加工程序問題。Lathe模塊中的C軸刀路的二維和三維加工擴(kuò)展和提高了數(shù)控車削中心的加工范圍。

　　1 車銑復(fù)合加工的應(yīng)用

　　1.1 轉(zhuǎn)接軸類零件

　　如圖1所示，轉(zhuǎn)接軸零件由長方體與軸類零件組成，長方體與前端軸的軸線X向?yàn)橥S心，Y向的軸心距為4mm，偏心距極限偏差為±0.005mm。該零件的形位公差要求較高，平行度和垂直度要求0.02mm。如果按車、銑工序分別加工，零件車加工后，銑削裝夾導(dǎo)致重復(fù)定位裝夾誤差，難以保證該零件形位公差及前端軸的軸線與長方體外形的偏心距尺寸4±0.005mm控制在公差范圍內(nèi)，利用和開發(fā)Mastercam軟件的Lathe模塊的銑削復(fù)合加工，可以單次裝夾完成所有工序，確保產(chǎn)品尺寸精度及行位公差要求。

　　(a) lathe模塊造型 (b) 設(shè)計(jì)造型

　　圖1 轉(zhuǎn)接軸

　　1.2 轉(zhuǎn)接環(huán)類零件

　　轉(zhuǎn)接環(huán)零件按傳統(tǒng)工藝加工時(shí)，在車加工完成后，需進(jìn)行銑加工，銑床加工裝夾較困難，內(nèi)環(huán)中心與相對六處搭子的孔位精度公差為0.02mm，車銑分工序加工，難以保證達(dá)到要求。使用CAM軟件的Lathe模塊編程進(jìn)行車銑復(fù)合加工，在哈挺T42復(fù)合車銑中心上可一次裝夾完成外形和內(nèi)腔的加工，用切斷刀切下，保證了工件的總長尺寸及其公差要求，節(jié)省一道加工工序。

　　轉(zhuǎn)接環(huán)CAM仿真加工圖如圖2所示。

　　圖2 轉(zhuǎn)接環(huán)CAM仿真加工

　　1.3 三軸聯(lián)動(dòng)

　　加工接頭類零件，常用方式為宏程序編程，但宏程序編寫有一定的條件制約，它只能按照一定邏輯關(guān)系進(jìn)行編寫，而自動(dòng)編程可以克服宏程序的編寫的缺陷，只要能造出產(chǎn)品的實(shí)際造型、確定選用的刀具、刀路和選用的切削用量參數(shù)后，就能根據(jù)造型快速生成加工程序，提高編程的效率，擴(kuò)大數(shù)控設(shè)備的加工范圍。圖3為接頭零件的車銑復(fù)合仿真三軸加工圖。

　　圖3 接頭的車銑復(fù)合仿真三軸加工

　　2 后處理插補(bǔ)方式的研究

　　各種工件輪廓，大部分由直線和圓弧等基本要素構(gòu)成，可直接生成刀路。如果加工的輪廓由二次曲線和高次曲線組成，加工刀路需采用最小直線、圓弧要素來擬合，這種擬合的方法就是插補(bǔ)，它是數(shù)控裝置依據(jù)編程時(shí)的有限數(shù)據(jù)，按照一定方法產(chǎn)生直線、圓弧等基本線型，并以此為基礎(chǔ)完成所需輪廓軌跡的擬合。

　　在Lathe模塊的車銑復(fù)合加工自動(dòng)編程中，通過軟件數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)和極坐標(biāo)插補(bǔ)方式兩種不同的插補(bǔ)方式對產(chǎn)品進(jìn)行二維和三維的車銑復(fù)合加工。

　　2.1 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)

　　轉(zhuǎn)接軸后處理數(shù)據(jù)采樣程序如圖4所示。

　　圖4 轉(zhuǎn)接軸后處理數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)程序段

　　從Lathe模塊進(jìn)行銑削加工的程序段可以看出，該模塊生成的程序?yàn)閿?shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方法，數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是將給定輪廓曲線分割為每一插補(bǔ)周期的進(jìn)給段，即輪廓步長。每一個(gè)插補(bǔ)周期，執(zhí)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)，從而計(jì)算出下一個(gè)周期各個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給量，數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法得出的不是進(jìn)給脈沖，而是用二進(jìn)制表示的進(jìn)給量。計(jì)算機(jī)定時(shí)對坐標(biāo)的實(shí)際位置進(jìn)行采樣，通過采樣數(shù)據(jù)與指令位置進(jìn)行比較，得出位置誤差，再根據(jù)位置誤差對伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，達(dá)到消除誤差。

　　對于直線插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段與給定直線重合，對于圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期運(yùn)動(dòng)的直線段以弦線逼近圓弧，插補(bǔ)用一小段直線來逼近給定軌跡，插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各個(gè)軸要運(yùn)動(dòng)的距離，不需要每走一步脈沖當(dāng)量插補(bǔ)一次，從而可以達(dá)到較高的進(jìn)給速度。

　　2.2 極坐標(biāo)插補(bǔ)法

　　圖5為轉(zhuǎn)接軸后處理極坐標(biāo)插補(bǔ)程序。

　　圖5 轉(zhuǎn)接軸后處理極坐標(biāo)插補(bǔ)子程序段

　　采用G112的極坐標(biāo)插補(bǔ)法，是控制器對幾個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，確定各軸必須移到指令終點(diǎn)的方法和速度，采用極坐標(biāo)插補(bǔ)法的坐標(biāo)系統(tǒng)，各編程終點(diǎn)作為坐標(biāo)分布在這一平面上，在用此種方式進(jìn)行復(fù)合加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)指出的是在極坐標(biāo)插補(bǔ)加工指令有效情況下，可使用下列各G代碼：G01，G02，G03，G40，G41，G42，G65，G98。在極坐標(biāo)插補(bǔ)有效的情況下，不允許G00定位，使用極坐標(biāo)插補(bǔ)時(shí)，C軸指令的單位是毫米或英寸，而不是度。當(dāng)指令為C-時(shí)主軸將作正向旋轉(zhuǎn)，指令為C+時(shí)主軸將作反向旋轉(zhuǎn)。在命令C軸之前，必須用M23仿形方式來啟動(dòng)C軸。G113取消極坐標(biāo)插補(bǔ)。

　　2.3 兩種插補(bǔ)方式對比

　　數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸要運(yùn)動(dòng)的距離，不需要每走一步脈沖當(dāng)量插補(bǔ)一次。對于極坐標(biāo)插補(bǔ)，計(jì)算機(jī)在控制加工過程中，能逐點(diǎn)計(jì)算和判別加工偏差，以控制坐標(biāo)進(jìn)給，按規(guī)定圖形加工出所需的工件。通過計(jì)算機(jī)偏差判別一進(jìn)給一偏差計(jì)算一終點(diǎn)判別的步驟來完成插補(bǔ)。

　　通過圖4和圖5的兩個(gè)程序段可以看出，在同一個(gè)零件的加工中，數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)生成的程序段的字節(jié)量要比極坐標(biāo)插補(bǔ)法的字節(jié)量大80%左右。當(dāng)CNC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小和系統(tǒng)不支持DNC加工和外部memory card調(diào)用的情況下，內(nèi)存不夠存儲(chǔ)所生成的加工程序字節(jié)量時(shí)，可以考慮嘗試采用通過極坐標(biāo)插補(bǔ)方式來完成零件車銑復(fù)合的加工。

　　3 復(fù)合加工自動(dòng)編程中的參數(shù)設(shè)定和補(bǔ)正

　　車銑復(fù)合加工時(shí)，需先進(jìn)行產(chǎn)品造型，在生成加工刀路前，軟件將要求操作者在刀具參數(shù)中輸入所用的銑削刀具直徑等參數(shù)，在銑削參數(shù)中要求輸入所用的刀具補(bǔ)償方向G41或G42，銑削深度及Z軸分層每刀銑削的深度及補(bǔ)償方式，圖6為Lather模塊加工參數(shù)設(shè)置界面圖。

　　圖6 Lather模塊加工參數(shù)設(shè)置界面圖

　　由圖6可知，由計(jì)算機(jī)直接補(bǔ)償，控制器補(bǔ)償，兩者和兩者反向的補(bǔ)償方式可供選擇。選用不同的補(bǔ)正方式，CAM軟件將自動(dòng)生成相對應(yīng)的加工輪廓軌跡。

　　4 結(jié)束語

　　綜上所述，充分開發(fā)Mastercam軟件的Lathe模塊，利用其不同后處理的插補(bǔ)方式，可在哈挺T42車銑復(fù)合中心上對產(chǎn)品零件進(jìn)行二維和三維的車銑復(fù)合的加工，提高編程效率，避免產(chǎn)品多次裝夾所造成的重復(fù)定位誤差，保證了產(chǎn)品的尺寸精度要求。