利用CAXA软件在数控车床上自动加工抛物线曲面

在数控车床上加工抛物线曲面

烟台机电工业学校：机电科

摘要：数控车床一般只能作直线插补和圆弧插补，遇到回转轮廓是抛物线等非圆曲线的零件时，数学处理的任务是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓。解决的方法主要有宏指令编程及软件自动编程，针对GSK980T系统采用宏指令编程较难实现，本文则通过利用CAXA数控车自动编程软件及相关通讯软件实现了抛物线曲面在GSK980T系统数控车床上的车削加工，保证了工件的加工精度和生产效率。

关键词：自动编程 抛物线曲面 车削加工

前言：生活中许多零件应用到抛物线曲面，如手电筒聚光电杯、汽车车灯中等。前不久有一公司委托我校用数控车加工一新款手电筒电杯的试件，电杯内轮廓曲线为y x2/24。我校数控车床的数控系统为GSK980T，与该公司生产用的数控车属同一类型。常用的数控系统中如西门子、华中、发那科等数控系统可用宏指令编程实现，但目前生产用的GSK980T在宏程序功能方面实现不了，而用数学计算取点逼近加工虽说可以，但计算量大、易出错。本人利用CAXA数控车软件进行产品加工刀具轨迹的仿真、代码的生成，并自已动手建立PC机与数控设备间的通讯，实现了试件的加工。下面阐述在试件加工过程的操作及个人的体会。

正文：

一、计算机自动编程的认识

计算机自动编程是当前最先进的数控加工编程方法，它是利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程。操作过程形象生动、出错机率低。图1为数控车自动编程、加工的过程。其中工件图形计算机化工作基本上以二维绘图软件功能为限，数控车加工工艺规划主要包括机床选择、刀具参数、切削参数、切削精度、切削次数、走刀方向、编程原点等等。自动编程软件中有代表性的是CAXA数控车和MasterCAM数控车。

图1数控车自动编程的过程

二、加工图样分析

零件外轮廓简单明了，内轮廓中为一抛物线曲面，在该零件中起聚光作用，也是零件难加工部位。困难所在是因为数控车床一般只能作直线插补和圆弧插补，遇到回转轮廓是抛物线等非圆曲线的零件时，数学处理的任务是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓。解决的方法主要有宏指令编程及自动编程，而GSK980T系统的宏指令功能十分有限，难以完成。若用直接的数学代入取点方法圆弧逼近虽说可以，但工作量十分大，面对都是抛物线曲面类的不同产品时，工作效率低下。自动编程则很方便解决上述的困难，若试件在聚光试验中效果不佳需修改时方便，刀具轨迹的生成及仿真过程中便于检验刀具及参数选择的合理性等。因为是试件的加工，在生产工艺上并没有较多的考虑，目前主要的任务是考虑如何实现抛物线曲面的加工。加工采用一次装夹。先钻 11的底孔，然后加工内抛物线曲面，最后加工外轮廓并切断。

三、CAXA数控车软件操作 1．零件图形计算机化

进入CAXA数控车2000的操作界面，绘制试件的零件图。点击菜单栏[曲线生成（C）]选择[公式曲线。。。]，绘图窗口将弹出设置对话框。在“公式曲线”对话框中进行各项设置，设置如图3所示。绘图公式中的X轴与机床中Z轴对应，Y轴则对应于机床中的X轴。曲线的描述则需要一定的数学基础，一些曲型曲线可通过查表得到，如抛物线、椭圆、双曲线，且还应化成参数方程的表达形式。精度就是用B样条拟合公式曲线所要达到的精确程度，对于公式类曲线，精度控制选项十分重要。其它轮廓曲线参照相关菜单命令完成，完成如图

图2 电筒电杯零件图

4所示。

图3 公式曲线对话框

图4 零件轮廓的绘制

2．机床设置

在生成刀具走刀轨迹前应有针对性地根据加工时所选用的机床进行机床设置。具体操作为：点击菜单栏[数控车（P）]，选择[机床设置（M）。。。]，绘图窗口将弹出设置对话框。在“机床设置”对话框中进行各项设置，设置如图5所示。

图5 机床类型设置对话框

CAXA

软件的程序格式，以字符串、宏指令@字符串和宏指令的方式进行设置，其中宏指令为$+宏指令串，下面是系统提供的常用宏指令串：

当前后置文件名：POST_NAME

冷却液开：COOL_ON 冷却液关：COOL_OFF 程序暂停：SPN_OFF 程序结束：PRO_STOP 左补偿：DCMP_LFT 右补偿：DCMP_RGH 补偿关闭：DCMP_OFF 主轴正转：SPN_CW 主轴设定：SPN_F 主轴转速：SPN_SPEED 刀具调用：CHANGE_TOOL 刀具号：TOOL_NO 刀补号：COMP_NO 3．后置处理设置

后置处理就是针对特定的机床，对后置输出的数控序的格式进行设置。具体操作为：点击菜单栏[数控车（P）]，选择[后置处理设置（P）。。。]，绘图窗口将弹出设置对话框。在“后置处理设置”对话框中进行各项设置，设置如图6所示。

图5 机床类型设置对话框

4．抛物线曲面粗车刀具轨迹生成

点击菜单栏[数控车（]，选择[轮廓粗车（。。。]，绘图窗口将弹出设置对话框。

所有参数的设定主要用于对粗车加工中的各种工艺条件和加工方式进行限定，设置过程需要有一定的加工操作经验，并参照机床功率、刀具切削加工性、材料的切削性能等，并在加工削切中不断调整形成自我的知识体系。如图6~9所示，针对加工实际情况完成对话框各列表的设置，如图6~9所示。

图6 加工参数列表

图8 切削用量列表

图7 进退刀方式列表

图9 轮廓车刀列表

完成上述设定后按“确定”键完成设置，系统在状态栏中将提示：[拾取加工工件表面轮廓]，按提示完成工件待加工表面轮廓的选择并按右键结束选择，屏幕又提示：[拾取定义的毛坯轮廓]，按提示完成毛坯轮廓的选择并按右键结束选择，屏幕将进一步提示：[输入退刀点]，按提示拾取或直接座标输入退刀点完成最后的操作。此时屏幕将以特殊颜色显示生成的刀具轨迹，如图10所示。

图10 粗加工刀具轨迹

图11 粗加工轨迹仿真

5．轨迹仿真

点击菜单栏[数控车（P）]

，选择

[轨迹仿真（S）。。。]，然后按屏幕提示完成各项操作，最后出现如图11所示仿真加工过程界面。 6．程序代码生成

点击菜单栏[数控车（P）]，选择[代码生成（G）。。。]，绘图窗口将弹出设置对话框。在对话框中输入将生成的程序名按“打开”键打开，接着按屏幕提示拾取刀具轨迹并按右键结束选择，此时屏幕将弹出已打开的程序文件。 7．抛物线曲面精加工

精加工操作与粗加工相类，只是设置的内容针对精加工而定，在此不再作详尽说明。

四、数据通讯

1． 数控系统与PC机的连接

GSK980T数控系统可通过RS232-C串行接口与通用PC机进行通讯。数控系统通讯接口与PC机的连接如图(n)所示。如体操作应选用八芯的双屏蔽网线，焊接接头时选用其中5

条，注意不同端口的焊接有不同，完成后可通过万用表电阻档检验焊接的正确性及屏蔽层是否与金属外壳相接。

通讯软件的安装步骤：

（1）PC机及本系统断电状态下，连接通讯电缆：DB9针插头插入GSK980系统的XS36通讯接口，DB9孔插头插入PC机9针串行口COM1。

（2）本系统上电后进入参数页面检查参数002是否已设为11101000，如参数值不同，需修改参数；

（3）在win98操作系统下，将通讯软件安装至硬盘中一专用目录，如此处以C:\GSK980为例。（注：不同的传输软件对操作系统要求不同，如下面用到的软件必需是在Win98及以下版本的操作系下，广州超软为广数开发的WinXP下的软件则可在XP操作系统下工作。） 3． 通讯软件的操作

在MS_DOS方式下进入C:\GSK980目录，键入“GSK980 ”后，PC机屏幕显示如下操作界面。

屏幕显示说明：

Ⅰ．屏幕左上方显示通讯软件版本号；

Ⅱ．屏幕右上方显示当前有效串行口及串行通讯波特率；

Ⅲ．屏幕下方为通讯操作菜单，从左至右对应PC键盘F1~F5键，按键执行相应操作。 F1：StCom 进行串行口设置 F2：Trans PC机传送数据至980 CNC F3：Recit 980CNC传送数据至PC机 F4：K-DNC DNC通讯 （目前此功能无效） F5：K-edit PC机数据文件编辑

Esc：Esc-Exit 退出通讯程序，返回DOS提示符 （1） 串行口的设置

① GSK980系统串行口设置

GSK980系统串行通讯波特率由参数No.044设置，设置范围如下：50、100、110、150、200、300、600、1200、2400、4800。选用出厂时标准设置：2400

② PC机串行口设置

进入通讯操作界面后，按“F1”键，屏幕提示： Select Serial Port(0/1)：

根据通讯线插入位置输入1选择COM1口为当前通讯口，并按屏幕提示选择与GSK980系统相同的波特率（如：2400）。 （2） 数据的传送（PC→CNC）

执行传送功能可将PC机内指定的数据文件输入到GSK980系统RAM区，可传送的数据包括加工程序、参数、刀补。

① 单个程序的输入

Ⅰ．先打开GSK980系统的程序开关，选择编辑操作方式并进入程序页面显示； Ⅱ．在PC机通讯操作界面下，按“F2”键，屏幕底行提示： S/C：File name to transmit：

键入PC机内待传送的程序名后按“ ”键。在GSK980系统键盘上键入地址键键入存储器中未用程序名；按

；

键，传送开始，GSK980系统的LCD右下角显示“输入”

字样并闪烁，PC机屏幕显示传送的程序；传送结束后，按PC机任一键屏幕返回操作界面。

② 参数、刀补的输入操作与单个程序的输入相同，只是在PC机中输入的文件名不同，参数输入前需打开GSK980系统的参数开关并进入相应页面。

4． 通讯说明

当通讯功能有效时，可以将参数作为文件在PC与CNC间双向传送，在PC机中的文件必须遵守以下格式：

（1）文件开头为“%”； （2）参数号和参数值的格式为：

N__ P__ 。 其中N：参数号；P：参数值，参数值的前导零可以省略。 （3）文件以“%”为结束符，读到此代码后，数据输入结束； （4）在文件上没有的参数、刀补号，当读入后，其值不变化。 五、加工机床操作 1．机床上程序的再校验

为防止在传输过程中，在PC机中输入的文件出错或传输过程中数据的丢失，因而在机床上同样需要再一次校验，在锁定的情况下空动行并观察作图轨迹是否与目标轮廓一致。 2．装刀对刀操作

加工时所选用的车刀应与自动编程生成走刀轨迹时所选用的刀具参数相一致。所用的刀柄直径为 10mm的机夹内孔车刀，加工时刀具的主偏角为95º，需外置刀架，刀头伸出长度为26mm。刀杆与工件轴心成水平，刀尖高度应与工件轴心等高。对刀时应切记编程原点为抛物线顶点，当试切端面定Z轴座标时，此时输入的Z轴座标值应为z24.0mm。其它则按平常完成对刀。 3．切削加工

先钻中心孔，接着钻 11mm底孔，然后粗、精加工曲面轮廓。该试件为铝件，加工时应加切削液，具体操作步骤省略。 六、过程体会：

1．宏程序的学习对于一线的生产工人学习有一定的困难，况且不同的系统的宏程序功能有较大的差异，象广州数控GSK980T在此方面存在不足，本办法较好地解决了上述问题。 2．从分发挥CAD/CAM软件的自动编程功能（如CAXA数控车MasterCAM数控车）的优势，将一些回转轮廓是非圆曲线（如抛物线、椭圆、双曲线等）实现自动编程加工，扩大数车的加工范围。

3．自己动手，实现软件的自动编程、PC机与数控系统的数据通讯，在教学生产上实现了较好的效益。

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