凸轮振荡车削数控编程技术研究*

李铁钢

(沈阳工程学院 机械学院，沈阳　110136)



凸轮振荡车削数控编程技术研究*

李铁钢

(沈阳工程学院 机械学院，沈阳110136)

针对凸轮轮廓面的加工问题，提出了振荡式数控车削解决方案。以Edgecam软件为平台，研究数控程序的编制方法，首先，论述了数控编程的工艺规划，而后，研究利用VB.NET结合PCI、PDI等二次开发工具构建编程操作和后置处理等关键技术，最后通过实例加工证明了方法的有效性，为其它机床的智能编程提供了借鉴作用。

凸轮加工；振荡车削；自动化编程；Edgecam; VB.NET

0　引言

凸轮是典型的机械零件，工程上普遍采用靠模仿型和磨削方式加工，加工效率低，成本高，无法满足现代制造业的生产要求。随着高效多轴数控车铣复合加工中心的出现，可以采用振荡车削工艺车削凸轮的非圆表面以提高精度和生产效率。在Edgecam软件中，系统本身不具有振荡车削加工的数控程序编制功能，加工程序只能手工计算或利用宏程序编写，计算复杂，编程效率低下，并且编制的程序容易发生错误，急需寻找一种快速的编程手段进行数控程序编制。

本文基于数控车铣复合加工机床，提出振荡车削方式加工凸轮类零件轮廓的方法，研究基于Edgecam的快速编程问题，主要探讨利用VB.NET语言结合PDI和PCI等二次开发工具构建编程操作和后置处理器定制等关键问题。通过构建振荡车编程操作功能模块，能够在原来的集成应用界面下通过交互操作快速编制程序，并且新开发模块可以同系统固有功能模块无缝集成，提高了数控编程的效率。

1　关键技术

1.1编程工艺规划

对于凸轮轮廓表面的加工，采用具有X、Z、C和B轴的车铣复合中心，如图1所示，在振荡车削加工中，凸轮安装在机床的主轴卡盘上，普通车刀安装在铣削刀架上，刀具运动方向为X轴，凸轮曲面通过C坐标旋转实现，在C轴进给的同时刀具沿X轴方向往复运动进行车削，车削360°后，沿Z方向进给一个步距以形成轮廓表面[1]。

图1　振荡车削加工

1.2编程操作构建

1.2.1系统体系结构

Edgecam是由海克斯康公司开发的著名智能化数控车和铣加工编程软件[2-3]，具有完备的二次开发工具可进行复杂的编程功能定制，可以利用VS的VB.NET结合PDI和PCI语言访问核心数据文件定制凸轮加工功能模块[4-5]，定制的系统振荡车编程操作应用流程如图2所示。

图2　编程操作应用流程

1.2.2截面线合理性判断

Edgecam的数据模型有线框模型、表面模型和实体模型三种形式。凸轮的轮廓面为沿中心轴线的拉伸体，其中母线为封闭的截面线，且截面线同轴线垂直，编程操作定义算法如图3所示。

图3　编程操作算法

编程时，首先选择振荡车加工方式，进入编程功能，而后设置加工参数，在定义编程操作时需要使用截面线进行计算，需要指定截面串模式。截面串模式指截面线串的类型是基本曲线、曲面的边界线还是实体几何的边界线，要求截面线垂直于凸轮的回转中心轴线。

实体边界线可以利用PCI命令(50，128)抽取为直线、圆弧或组合线；曲面边界线可以利用PCI命令(50，129)抽取为直线、圆弧或组合线；基本曲线的类型有直线、圆弧、多项式样条、圆锥曲线和B样条，其具体数据可以用PDI函数从PPF文件中提取。

截面串合理性判断包括截面串内的所有元素均需要位于同X-O-Y平行的平面内、串内组成元素需要为首尾封闭的线串，具体算法如下：

(1)遍历选择的截面线串，利用PDI命令提取元素类型entype，如果为组合线则将其分解为直线，提取元素的起点坐标(xstart,ystart,zstart)和终点坐标(xend,yend,zend)；

(2)如果有zstarti≠zendi，zstarti≠zendj则给出错误提示并退出；

(3)记录每个线串的起点坐标xstart、xend和终点坐标ystart、yend，如果所有起点和终点坐标值均有2个点，则满足首尾连接要求，否则，给出错误提示并退出；

(4)构造活性边表，按元素的首尾连接顺序，按逆时针排列。

1.2.3可加工性判断

其中，n为向限的编号。

当αi<αc时，则不可加工，其中αc为阈值，且αc>0。

当xi=0时，如果yi=yi+1；或yi=0时，xi=xi+1，则凸轮轮廓不可以用振荡车方式加工。

1.3后置处理

利用后处理构造器CodeWizard生成CDG文件，后置处理器定制包括机床几何建模、运动模型、机床参数设置、样式表设置、NC样式表设置、数控系统代码构造和辅助M功能配置等步骤[6-7]。定义振荡车开始辅助M指令(27，128)，具有开始和关闭两个开关选项，用来进行振荡车NC程序的后置处理输出控制。

利用代码构造器中的内嵌CODE语言定义NC处理子过程Zdc，设置在标准的CAM操作中输出的刀位点均为直线插补，输出数据点为P0(x0,y0,z0)，此点为工件静止、刀具运动的刀位点，则需要生成的NC程序段应将“车刀正转”，即生成刀具圆周方向静止，工件转动和刀具沿x坐标平动的坐标数据点为P1(x1,c1,z0)，则有：

c1=180，(x0<0，y0=0)

c1=270，(x0=0，y0>0)

c1=90，(x0=0，y0<0)

2　应用实例

某型机床为具有X、Z、B和C四轴的双主轴双刀塔的车铣复合机床，具体参数如表1所示。

表1　机床主要技术参数

选择典型的凸轮零件测试，零件除外轮廓之外的其它表面已经完成精加工，外轮廓面振荡车削前已经完成粗加工，精加工余量为1mm，如图4所示，综合Edgecam的CAM操作定义参数和生成的NC程序结果，得知完全满足机床程序要求。经过实际切削加工，得到了合格的凸轮轮廓曲面。

(a)实际加工的凸轮零件模型　(b)机床振荡加工用的NC程序(部分)

3　结论

基于Edgecam的凸轮振荡车加工经过验证完全能够满足NC程序的使用要求，可以用于生产实践。Edgecam 软件适合复杂的车铣复合机床加工的数控程序编制，通过VB.NET语言结合PCI、PDI和Code wizard等二次开发工具能够定制开发复杂的数控零件的自动化编程模板。

[1] 吴丹，王先奎，赵彤，等.非圆车削1中刀具运动实现方法[J]. 清华大学学报(自然科学版)，2003，43(11)：1472-1475.

[2] 韩庆瑶, 韩芝龙, 路世强. 基于 EdgeCAM 的数控加工技术在模具加工中的应用[J]. 机床与液压，2009，37(6)：214-216.

[3] 李铁钢. 基于Edgecam的礼品雕刻自动编程系统开发[J]. 制造技术与机床，2015(2)：29-31.

[4] 李铁钢. 基于UG Postbuilder的五轴后置处理器设计[J]. 机床与液压, 2009, 31(10):72-74.

[5] 李铁钢. 基于Edgecam的电极自动化编程系统开发[J]. 制造业自动化，2015，37(1)：127-129.

[6] 李铁钢. 基于UG的后置处理和加工仿真研究[J]. 工具技术，2012，46(8)：30-32.

[7] 李铁钢. 车铣复合集成数字化制造技术[J]. 组合机床与自动化加工技术，2013(2)：121-124.

(编辑李秀敏)

Research on CNC Programming for Cam Vibratory Turning

LI Tie-gang

(Mechanical School，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136,China)

In order to solve the problem of contour machining in Cam, the method of automatically programming for vibratory turning was introduced. The method of CNC programming is proposed in Edgecam, firstly, the method of processes planning was discussed, then, the key technology of CAM operation construction and post-processing based on such re-development tools as VB.NET, PCI and PDI were studied, finally, the Case study validates the proposed method, which provides reference for post processing in other machine tool.

CAM machining; vibratory turning; automatically programming; Edgecam; VB.NET

1001-2265(2016)09-0113-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.032

2015-11-23；

2015-12-22

辽宁省科技厅基金资助项目(20141096)

李铁钢(1973—)，男，沈阳人，沈阳工程学院副教授，博士，高级工程师，研究方向为先进制造技术，(E-mail)ltgchina@126.com。

TH162;TG65

A