簡易數(shù)控磨床編程及 CAM 后處理定制研究
2021-6-11 來源： 煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者： 蘇丹婭
摘要：針對制造業(yè)中微小軸類零件需要外圓磨床加工而開發(fā)的簡易型數(shù)控磨床，由于沒有現(xiàn)成的 CAM 后處理程序與之相適應(yīng)，所以應(yīng)用并不廣泛，本文通過對該機(jī)床的磨削程序研究出發(fā)，在 Siemens NX10 軟件的后處理（Postbuild）中構(gòu)建可以直接應(yīng)用在該類機(jī)床上的后處理器，輸出的程序可以直接使用在該機(jī)床的加工中。
關(guān)鍵詞：簡易型數(shù)控磨床；后處理定制；磨削加工
1 、概論
隨著制造業(yè)技術(shù)的不斷提高，零件的加工精度要求也不斷提高，傳統(tǒng)依靠工人技術(shù)水平來保證零件精度的方式，也逐步轉(zhuǎn)變成依靠機(jī)床自動(dòng)化、智能化來保證加工精度的方式。在小、微零件制造中，零件加工的精度要求更高；特別是隨著我國社會(huì)中工業(yè)設(shè)備設(shè)備升級改造，設(shè)備維修、升級更需要將原有設(shè)備中的微小零件進(jìn)行替換，高精度的微小軸類零件所占比重較大，它們結(jié)構(gòu)緊湊，工作部分與軸體由同一毛坯加工出來，它們在傳統(tǒng)加工方式中由儀表車、仿形車、小型車床等設(shè)備加工而成，但它們的尺寸精度一般 IT7~IT8，表面粗糙度值為 Ra0.8，車削加工不能保證其精度，而外圓磨削床加工由于零件結(jié)構(gòu)限制往往不能順利加工。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，高精度的數(shù)控磨床使得此類零件的加工成為可能。但在目前的機(jī)床市場中，高檔的小型數(shù)控磨床功能強(qiáng)大，主要針對生產(chǎn)規(guī)格較大、價(jià)格較高的零件加工，缺少適合中低用戶選擇的數(shù)控磨床。高檔的數(shù)控磨床可以使用砂輪（磨具）作為切削的刀具進(jìn)行復(fù)雜形狀的工件加工，并在磨床上增加自動(dòng)裝夾和修補(bǔ)砂輪機(jī)構(gòu)，具有很高的精度。
本文研究的是自制的簡易型數(shù)控磨床，針對加工的工件的材料為 20Cr，熱處理后硬度打到 62HRC，該零件為某精密機(jī)械的傳動(dòng)零件，如圖 1 所示。
零件整體為階梯軸結(jié)構(gòu)，不同軸徑之間設(shè)計(jì)有越程槽，其上齒輪與階梯軸為一題結(jié)構(gòu)。各軸頸的外圓尺寸精度 IT5，表面粗糙度為 Ra0.4，需要選擇磨削作為精加工，零件同軸度要求高，需要在兩端加工中心孔并采用兩頂尖裝夾方式加工。手動(dòng)編寫的磨削程序如下：
手工編寫的程序效率低且容易出錯(cuò)，不適合大量零件的編程加工，需要在 CAM 軟件上完成。CAM 軟件編寫磨床程序有利于對零件進(jìn)行避讓，減少砂輪與工件的干涉和碰撞。本文采用 Siemens NX10 做為零件的編程軟件。
但由于 Siemens NX10 軟件中沒有可以直接用來后處理的程序，需要自己開發(fā)后處理程序。Siemens NX10 數(shù)控編程的后置器由.def、.pui、.tcl 三個(gè)文件組成。pui 文件將刀路編譯為機(jī)床可以識(shí)別的 NC 代碼，程序中包含機(jī)床信息、刀具運(yùn)動(dòng)的加工坐標(biāo)、準(zhǔn)備指令（G 代碼）以及其他輔助指令。
由于數(shù)控磨床與數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)形式和指令系統(tǒng)相似，所以在 Siemens NX10 中采用在數(shù)控車后處理器的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，后處理界面如圖 2 所示。
圖 2Siemens NX10 后處理器
采用在數(shù)控車后處理器的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡易型數(shù)控磨床后處理器的構(gòu)建，能夠快速構(gòu)建起數(shù)控磨床的數(shù)控磨床后處理器，數(shù)控車床與數(shù)控磨床同屬 2D 加工，在程序上具有很大程度上的相似性，其 CAM 刀具路徑也非常相似。CAM 編程形成的刀具路徑又稱為刀位文件（CLSF），CLSF 文件記錄刀具加工過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、刀具的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等信息，數(shù)控外圓磨床加工時(shí)的主軸與工件均旋轉(zhuǎn)，而原始的后處理中并不能輸出砂輪的轉(zhuǎn)速，需要在Siemens NX10 的后處理中添加砂輪主軸并設(shè)置其輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖 3 所示。
這些設(shè)計(jì)好的模塊會(huì)與數(shù)控機(jī)床的NC 程序指令對應(yīng)輸出，當(dāng) CLSF 文件中有觸發(fā)模塊的事件存在，就會(huì)讀取模塊內(nèi)設(shè)置的指令集輸出合適的 NC程序。
圖 3 增加砂輪主軸旋轉(zhuǎn)輸出
CLSF 文件的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行編譯成為符合使用的數(shù)控系統(tǒng)的 NC 代碼，本文簡易數(shù)控磨床的控制系統(tǒng)為 mach3軟件，其控制程序與 fanuc 系統(tǒng)兼容，后處理修改時(shí)將磨床的砂輪旋轉(zhuǎn)指令編寫成 MOM 事件，相當(dāng)于將指令集編寫成“模塊”與 NC 程序中的換刀指令對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)控磨床的主軸功能。
在簡易型數(shù)控磨床后處理器中的定制中，需要對該磨床的常用參數(shù)設(shè)置正確，防止 NC 程序中存在的刀具路徑超出機(jī)床運(yùn)行范圍，數(shù)控磨床需要設(shè)置 2 個(gè)方向的極限行程以及砂輪主軸的極限轉(zhuǎn)速,在 postbuild 中定義的選項(xiàng)為Linear Motion Resolution 參數(shù)，用以確定磨床最小移動(dòng)距離的大小為 0.001mm，機(jī)床實(shí)際能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)精度為0.01mm。此外還需要修改輸出的 NC 程序的格式，在 Program& Tool Path 選項(xiàng)中修改后處理出的 NC 程序的指令格式，使其默認(rèn)輸出的程序格式為 TXT 文本格式，便于控制系統(tǒng)識(shí)別。
作為藍(lán)本的數(shù)控車后處理中會(huì)有本機(jī)床無法識(shí)別或使用的指令，可以通過篩選屏蔽掉不需要的指令，修改位置在 N/C Data Definitions 選單中，如圖 4 所示。
圖 4 刪除無用指令
在構(gòu)建簡易型數(shù)控磨床后處理的過程中，需要反復(fù)對零件的 CLSF 編程刀路輸出 nc 程序，并進(jìn)行模擬加工，檢查程序的正確性，直到最終滿足機(jī)床需要。本文修改的符合要求后處理處理出的實(shí)際程序如下：
2 、結(jié)論
在 Siemens NX10 中定制的簡易數(shù)控磨床后處理，可以在編制 CAM 程序后正確輸出符合 Mach3 系統(tǒng)的數(shù)控程序，達(dá)到高效使用該磨床進(jìn)行微小零件編程加工的目的。
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