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關(guān)于Cimatron在輪廓數(shù)控車(chē)削編程中的應(yīng)用的論文
摘要 介紹如何將CIMATRON 軟件與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)功能結(jié)合，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用后置處理程序，彌補(bǔ)軟件車(chē)削模塊功能的不足，將非圓輪廓的直線(xiàn)擬合編程改進(jìn)為圓弧擬合編程，優(yōu)化車(chē)削程序，提高編程質(zhì)量、零件加工質(zhì)量和數(shù)控設(shè)備加工效率。
1 問(wèn)題的提出
在實(shí)際生產(chǎn)中，某些零件的形狀是由公式曲線(xiàn)或列表點(diǎn)曲線(xiàn)構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體。由于目前數(shù)控車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)只具有直線(xiàn)和圓弧的插補(bǔ)功能（G01 和G02），因此對(duì)于這類(lèi)零件的車(chē)削加工，必須按規(guī)定的精度要求對(duì)輪廓進(jìn)行直線(xiàn)或圓弧逼近，擬合生成節(jié)點(diǎn)后才能編制數(shù)控程序。
以往一般是首先建立零件的數(shù)學(xué)模型，確定輪廓逼近計(jì)算方法，再利用BASIC 或C 語(yǔ)言等編制特定的程序來(lái)進(jìn)行擬合節(jié)點(diǎn)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)零件加工，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作過(guò)程十分繁瑣。現(xiàn)在，隨著CAD/ CAM 軟件應(yīng)用的普及，CAD/ CAM 技術(shù)為此類(lèi)零件的節(jié)點(diǎn)計(jì)算編程提供了更好的方法，與傳統(tǒng)方法相比，大大減少編程和調(diào)試時(shí)間，提高效率，擬合效果直觀，便于檢查和修改，同時(shí)也方便了產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。目前使用的CAD/ CAM 軟件種類(lèi)很多，以色列的CIMATRON 軟件是其中一種，它是一套全功能、高度集成的CAD/ CAM 系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電子、交通、航空航天等行業(yè)，它的CAD 模塊可進(jìn)行復(fù)雜的零件曲面造型，CAM 模塊可編制各種方式的加工路徑，包括數(shù)控車(chē)削、數(shù)控銑削、數(shù)控電火花線(xiàn)切割機(jī)等。
在利用CIMATRON 軟件進(jìn)行非圓輪廓車(chē)削編程中發(fā)現(xiàn)，其車(chē)削模塊功能僅限于直線(xiàn)擬合，無(wú)法進(jìn)行圓弧擬合。由于直線(xiàn)擬合與圓弧擬合相比，各段連接處不光滑，輪廓度相對(duì)較差；而且在相同擬合精度下，數(shù)據(jù)段大大增加，程序容量大（ 一個(gè)上百段的直線(xiàn)擬合程序，如果用圓弧擬合編程可能只有十幾段），因此找到一種能實(shí)現(xiàn)非圓輪廓圓弧擬合的簡(jiǎn)便方法，提高編程質(zhì)量、零件加工質(zhì)量和數(shù)控設(shè)備加工效率是十分必要的。
2 解決思路
通過(guò)不斷地摸索和嘗試，發(fā)現(xiàn)利用CIMATRON 軟件自身的功能，再充分結(jié)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特性，可快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)非圓輪廓圓弧擬合編程，關(guān)鍵內(nèi)容包括三個(gè)部分。
2. 1 CIMATRON 軟件的CAM 模塊
軟件的二維輪廓平面銑削模塊（ PROFILE）具有直線(xiàn)擬合和圓弧擬合兩種功能，因此考慮將零件模型轉(zhuǎn)入平面銑削加工模式中，選擇圓弧擬合方式，同時(shí)將銑刀半徑值設(shè)為0，即讓刀具沿零件圖樣上的實(shí)際輪廓線(xiàn)進(jìn)行加工，產(chǎn)生刀位文件，這樣就可以實(shí)現(xiàn)輪廓圓弧擬合銑削。
2. 2 CIMATRON 軟件的后置處理
通過(guò)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的后置處理程序?qū)ι鲜龅段晃募M(jìn)行處理，將銑削程序轉(zhuǎn)換為沿零件圖樣尺寸加工的車(chē)削程序。
2. 3 車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)通常都具有刀具半徑補(bǔ)償功能（G41 和G42），所以實(shí)際加工時(shí)，在車(chē)床的操作界面上輸入實(shí)際使用的車(chē)刀圓角半徑值，由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算來(lái)完成刀具半徑補(bǔ)償，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)零件輪廓的正確加工。
3 具體操作方法
3. 1 零件CAD 造型
要加工出合格產(chǎn)品的第一步就是建立準(zhǔn)確的產(chǎn)品模型。啟動(dòng)CIMATRON 軟件，建立新模型文件，再進(jìn)入造型模式（MODELING）。
3. 1. 1 公式曲線(xiàn)
利用菜單USER→GEOMETRY→MATHCRV，可輸入公式曲線(xiàn)的參數(shù)方程，從而建立XOY 平面上的輪廓母線(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然曲線(xiàn)位于XOY 平面上，也必須輸入Z = 0，不能忽略，否則出錯(cuò)。
3. 1. 2 列表點(diǎn)曲線(xiàn)
首先利用菜單POINT→SINGEL POINT→KEY IN，輸入零件每個(gè)點(diǎn)的X、Y 坐標(biāo)，接著利用菜單SPLINE→2D SPLINE，選擇曲線(xiàn)所在的XOY 坐標(biāo)平面，選擇擬合方式、擬合誤差及輸入的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，即用樣條曲線(xiàn)擬合生成列表點(diǎn)曲線(xiàn)。
3. 2 零件CAM 加工
將零件CAD 模型轉(zhuǎn)入加工模式（NC）中。
1）選擇菜單CREAT→MILL2. 5AXES→PROFILE（二維輪廓加工），進(jìn)入加工操作界面。
2）根據(jù)工藝分析的裝夾位置、加工對(duì)刀點(diǎn)和起終點(diǎn)來(lái)設(shè)定零件CAM 坐標(biāo)系原點(diǎn)、加工路線(xiàn)及進(jìn)、退刀方式，輸入切削參數(shù)（ 如FEED RATES、SPINDLESPEED 等），在擬合方式一欄中選擇CIRC. APROX（圓弧擬合方式），即產(chǎn)生輪廓銑削刀位文件，之后還可利用MANUAL EDIT 菜單進(jìn)行刀位文件的編輯修改。
3. 3 后置處理程序
后置處理部分是處理與機(jī)床控制器直接相關(guān)的信息，它是把刀位文件作為輸入，經(jīng)過(guò)處理，就可以輸出數(shù)控機(jī)床加工用的NC 指令文件，由于CIMATRON 軟件并沒(méi)有針對(duì)此種特殊情況（ 銑削路徑轉(zhuǎn)車(chē)削路徑）的后置處理程序，因此必須編制新的專(zhuān)用后置處理程序（文件后綴為EXF）。
CIMATRON 軟件的后置處理程序由多個(gè)模塊構(gòu)成，可通過(guò)提取相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，來(lái)編制相應(yīng)的指令功能。編制該后置處理程序文件的關(guān)鍵在于：進(jìn)行零件CAM 平面銑削加工時(shí)，加工坐標(biāo)系MACSYS 是建立在XOY 坐標(biāo)平面上的，而數(shù)控車(chē)床的實(shí)際加工坐標(biāo)系是XOZ 坐標(biāo)平面，因此必須在后置處理中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即MACSYS 坐標(biāo)系中的X 軸對(duì)應(yīng)車(chē)床的Z 軸，MACSYS 坐標(biāo)中的Y 軸對(duì)應(yīng)車(chē)床的X 軸，同時(shí)由于車(chē)床程序中X 值要求為回轉(zhuǎn)體的直徑坐標(biāo)值，所以還必須對(duì)MACSYS 坐標(biāo)系中的Y 軸坐標(biāo)值進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算。
在LINEAR MOTION（直線(xiàn)插補(bǔ)模塊）、CIRCULARMOTION（圓弧插補(bǔ)模塊）中，分別編制如下語(yǔ)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 分別是X、Y 當(dāng)前坐標(biāo)值，YY 是計(jì)算的中間變量。
同理在程序頭、程序尾等模塊中對(duì)X、Y 坐標(biāo)值分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其余部分內(nèi)容與通用的二維后置處理程序基本相同，同時(shí)應(yīng)保證后置處理文件中編制的數(shù)控程序格式、指令代碼等與實(shí)際機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相匹配。新編制的后置處理文件（*. EXF）在CIMATRON 上調(diào)試編譯通過(guò)（生成*. DEX 文件）后方可使用，刀位文件通過(guò)該文件進(jìn)行處理即產(chǎn)生適合機(jī)床加工的數(shù)控車(chē)削程序。
3. 4 調(diào)試和加工
將加工程序經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)控車(chē)床，加工時(shí)，首先找正工件，對(duì)刀進(jìn)行坐標(biāo)系偏置，將機(jī)床上的工件坐標(biāo)系與CAM 坐標(biāo)系設(shè)成一致；接著在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)表中輸入實(shí)際車(chē)刀的刀尖圓角半徑，實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償；最后改變加工路徑偏移量，實(shí)現(xiàn)輪廓粗、精車(chē)削加工。
4 結(jié)語(yǔ)
在非圓輪廓的數(shù)控車(chē)削編程過(guò)程中，將CIMATRON軟件與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)功能結(jié)合，快速、準(zhǔn)確地產(chǎn)生圓弧擬合的數(shù)控程序，其編程效率高，擬合節(jié)點(diǎn)數(shù)少，程序短，大大優(yōu)化數(shù)控程序，特別是它便于掌握，易于使用，為編程人員提供了一種理想的方法，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，效果良好。
參考文獻(xiàn)
1 馬譽(yù)賢. 通用后置處理軟件的開(kāi)發(fā). CAD/ CAM 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造
2 李福生. 實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè). 北京：北京出版社
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