孙 慧

（包头职业技术学院 机械工程系 内蒙古包头014030）

通常情况下，在数控车削加工中主要采用手工编程的方法，其效率比较低，准确性差[1]。目前，数控车削加工普遍采用 CAXA 、NX、Mastercam等 CAD/CAM软件进行自动编程，使得一些计算繁琐，手工编程困难或无法编出的程序顺利地实现[2-3]。

NX是由Siemens PLM Software公司开发的一款CAD/ CAM/ CAE 一体化参数化软件，包含了实体建模、仿真装配、工程图、数控编程等模块。在工件加工过程中，结合NX强大的参数化功能，以及后处理器支持多种类型数控机床系统功能，可快速自动生成NC程序，缩短编程人员的编程时间，提高NC程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率[4-6]。

本文针对典型轴类零件进行数控车削加工研究。从分析零件加工工艺性到创建三维实体模型，从创建加工操作、虚拟仿真加工、生成数控NC程序、机床加工零件、工件检测等方面介绍加工过程。

1 分析零件加工工艺性

1.1 分析零件图

零件如图1所示，是一个由球头面、螺纹、锥形外圆、外圆柱面构成的外形较复杂的轴类零件，材料为铝合金棒材，毛坯尺寸为Φ40 mm×90 mm。

1.2 制定加工方案

设定毛坯的右端面中心为工件加工坐标系，根据零件的加工精度、粗糙度要求及综合粗、精加工考虑，确定的加工工序如下：

图1 零件示意图

（1）车削右端面，选用“800”外圆粗车刀，加工方法为LATHE_ ROUGH，一次加工成形。

（2）粗加工R8球头面、Φ20圆柱面等外轮廓，选用800外圆粗车刀，加工方法为LATHE_ROUGH，面和径向余量均为0.1 mm。

（3）精加工R8球头面、Φ20圆柱面等外轮廓，选用550外圆精车刀，加工方法为LATHE_FINISH，尺寸一次性加工成形。

（4）车削4×Φ16退刀槽，选用刀宽为4 mm的切槽刀，尺寸一次性加工成形。

（5）车削 M20×1.5外螺纹，选用“600”螺纹尖刀，尺寸一次性加工成形。

2 创建三维实体模型

（1）通过机械零件手册查询得知M20×1.5螺纹的小径为Φ18.376 mm。

（2）螺纹实体在建模时不必生成，而通过螺纹加工操作来实际控制。

（3）启动NX软件，进入CAD建模环境，通过圆柱体、圆锥、球体等命令，创建轴的三维实体模型，结果如图2所示。

图2 实体模型

3 创建加工操作

3.1 进入加工环境

进入 NX/CAM 加工环境，弹出“加工环境”对话框，选择“turning”选项，单击“确定”按钮。

3.2 创建几何体

1）创建机床坐标系

在“工序导航器”中，调整到几何视图状态，双击MCS_SPINDLE，系统弹出“MCS主轴”对话框，设置机床坐标系为（70 0），单击“确定”按钮。

2）创建部件几何体

在“工序导航器”中，双击MCS_SPINDLE节点下WORKPIECE，系统弹出“工件”对话框，单击几何体列表中“指定部件”，选择图2实体模型，单击“确定”按钮。

3）创建毛坯几何体

在“工序导航器”中，双击WORKPIECE节点下TURNING WORKPIECE, 系统弹出“车削工件”对话框，单击几何体列表中“指定毛坯边界”，弹出“选择毛坯”对话框，设置毛坯为棒料，安装位置为工件最左段，毛坯长度为70 mm，直径为Φ40 mm，单击“确定”按钮。

3.3 创建刀具

在“创建刀具”对话框中，分别创建OD_80_L外圆粗车刀具，刀具号为1；OD_55_L外圆精车刀具，刀具号为2；OD_GROOVE_L切槽刀，刀具号为3；OD_THREAD_L螺纹尖刀，刀具号为4。

3.4 指定车削加工横截面

在“车加工横截面”对话框中，选择步骤为“体”，单击“简单截面”按钮后，单击鼠标“中键”确定。

3.5 创建加工操作

（1）车削右端面。子类型为面加工，刀具为OD_80_L，几何体为TURNING WORKPIECE，名称为CX1。切削策略为单向线性切削，切削深度为变量平均值，最大值为1 mm，最小值为0，离开刀轨点为（20 50），主轴转速为1 200 r/mim，进给量为0.2 mm/r，其余按默认设置，生成刀轨路径，结果如图3 所示。

图3 端面精加工刀路轨迹

（2）粗车外轮廓。子类型为外侧粗车，刀具为OD_80_L，几何体为TURNING WORKPIECE，名称为 CX2。切削策略为单向线性切削，切削深度为变量平均值，最大值为2 mm，最小值为0，粗加工余量面和径向均为0.1 mm，离开刀轨点为（10 ,40），主轴转速为1 200 r/mim，进给量为0.3 mm/r，其余按默认设置，生成刀轨路径，结果如图4 所示。

图4 外轮廓粗车刀路轨迹

（3）精车外轮廓。子类型为外侧精车，刀具为OD_55_L，几何体为TURNING WORKPIECE，名称为CX3。离开刀轨点为（5, 40），主轴转速为1 500 r/mim，进给量为0.2 mm/r，其余按默认设置，生成刀轨路径，结果如图5 所示。

图5 外轮廓精车刀路轨迹

（4）车削退刀槽。子类型为外侧开槽，OD_GROOVE_L切槽刀，几何体为 TURNING WORKPIECE，名称为 CX4。轴向修剪平面 2，限制选项点为（35, 8），勾选附加轮廓加工，离开刀轨点为（35, 25），主轴转速为800 r/mim，进给量为0.1 mm/r，其余按默认设置，生成刀轨路径，结果如图6 所示。

（5）车削外螺纹。子类型为外侧螺纹加工，OD_GROOVE_L切槽刀，几何体为 TURNING WORKPIECE，名称为CX5。起始偏置为 2 mm，终止偏置为3 mm，切削深度为恒定0.3 mm，螺纹头数为 1，螺距为恒定 1.5 mm，主轴转速为 600 r/mim。并选择螺纹形状顶线和根线如图7所示，其余按默认设置，生成刀轨路径，结果如图8所示。

图7 定义螺纹顶线和根线

图8 螺纹刀路轨迹

3.6 虚拟仿真加工

在“工序导航器”中，选择NC-PROGRAM，点击鼠标右键，选择“刀轨”-“确认”按钮，系统弹出“刀轨可视化”对话框，切换到3D动态，单击“播放”按钮，系统开始进行仿真加工，结果如图9所示。

图9 仿真加工

4 生成数控NC 程序

在“工序导航器”中，选中全部加工程序，点击鼠标右键，选择“后处理”按钮，系统弹出“后处理”对话框，选择“LATHE_2_AXIS_TOOL_TIP”后处理器，单位设置为“公制/部件”，单击“确定”按钮，生成NC程序。

4.1 机床加工零件

将生成的NC程序导入到CK6136数控车床上，安装毛坯、刀具，并进行对刀，完成零件实际加工，结果如图10所示。

图10 工件实物图

4.2 工件检测

最后对加工零件进行尺寸、粗糙度检测，数值完全符合图纸标准。

5 结语

通过对轴类零件工艺分析，制定了合理的数控加工工艺，选择合适的加工方法，设置了合理的加工参数，并后处理生成了 NC 程序，然后传输到CK6136数控机床上进行实际加工，并对工件尺寸、精度进行检测，完全符合尺寸图纸要求。该方法可以免去较复杂轴类零件编程时节点的计算，极大地缩短了零件从设计到加工的周期，提高了企业生产效率。

[1]陈蕊蕊.面向数控系统的车削加工仿真系统的设计与实现[D].北京:中国科学院研究生院,2014.

[2]陈春荣. CAXA数控车软件在实际加工中的应用分析[J].中小企业管理与科技旬刊,2014(7):295-296.

[3]王玮,张纹.CAXA数控车软件在实际加工中的应用分析[J].农业装备技术,2009(1):51-52.

[4]何晶昌,申龙,程虎,等.基于 UG自动编程的数控车削加工[J].机械制造与自动化,2010(4):43-46.