0 引言
数控车床适合加工轴类、盘类等回转类工件，针对简单的零件，一般采用手工编程的方式进行加工。但对于含有椭圆、非曲线的弧形零件的加工，采用手工编程的方法编程，存在难度，要进行复杂的计算，容易造成错误。其次可使用宏程序，但是宏程序中涉及很多变量和相应的语言结构，使用起来并不简洁。如若采用自动编程的方法来实现，既可提高编程效率又可提高加工品质，在非圆曲线零件编程中发挥其优势。
针对数控车床自动编程软件有多种选择，在这里采用CAXA数控车。CAXA数控车是由北航海尔软件有限公司开发出的CAXA系列软件之一，用于数控车床自动编程，具有全中文Windows界面，软件提供了功能强大、使用简洁的轨迹生成手段，可按要求生成各种复杂图形的加工轨迹。通用的后置处理模块可以满足各种机床的代码格式。将CAXA数控车与其他制造软件结合起来，可满足任何CAD/CAM的需求。下面将通过一个复杂非圆曲线零件一酒杯零件（如图1所示）的数控编程，来介绍CAXA数控车的自动编程技术与宇龙仿真的具体应用。
1 非圆曲线零件的工艺分析
1.1 零件图分析
图1 酒杯零件图
如图1所示，酒杯零件是非圆曲线类薄壁件零件。其轮廓由样条线、圆弧和椭圆构成。加工难点在杯柄处，直径只有10mm。且圆弧曲率半径变化很大，采用手工编程，圆弧的切点计算相当复杂，因此利用CAXA数控车进行自动编程。
1.2 确定毛坯
根据零件图的尺寸，选毛坯为φ80mm×180mm的圆柱棒料，材料为45钢。制作出φ18mm的内孔，孔深91mm。
1.3 确定装夹方式
采用三爪卡盘夹紧工件，轴的伸出长度为160mm，以杯口φ60的端面中心，建立工件坐标系。
1.4 确定加工方案、刀具及切削用量
由于酒杯零件属于薄壁件，且杯柄处，直径只有10mm，在安排加工顺序的时候，应先进行内孔加工，再进行外圆加工，可避免在切削力作用下杯体折断。按照粗精加工原则，对于零件加工采用三把刀。刀具列表如表1所示，工艺步骤如表2所示。
表1 刀具列表
表2 零件数控加工工艺过程表
2 CAXA数控车的自动编程
2.1 创建酒杯外形特征
1)打开CAXA数控车软件，在初始界面下，在【新建】对话框中选中【EB】单选按钮，单击【在当前窗口新建】，新建一个CAXA车的作图窗口。
2)单击图标口以坐标原点绘制长80宽60的矩形，单击【直线】图标/在左下角选择以矩形右上角顶点为起点画一条与X轴夹角为45度的斜线。
3)单击【样条】图标，在左下角选择以矩形右上角顶点为起点，按逆时针方向，依次左键单击矩形的四各顶点，然后单击右键，计算机左下角提示【输入切矢上的点】，再左键单击45度斜线左下角端点，单击右上角端点，如图2所示。
图2 绘制样条线
4)单击【平行线】图标，画一条与矩形右边宽60线段，平行相距150的平行线，删除矩形及45度斜线，单击【直线】图标，画一条与X轴重合并与样条线相交的任意长直线，单击【裁剪】图标在左下角选择【快速裁剪】，裁剪掉直线以下的图形。
5)单击【椭圆】图标，在左下角设置参数为：长半轴7mm，短半轴37.5mm，终止角360画椭圆。单击【平行线】图标，画一条与水平直线向上平行相距5的直线。单击【圆弧】图标厂在计算机左下角选【三点圆弧】，画一段与样条线椭圆和平行线都相切的圆弧，如图3所示。
图3 绘制椭圆
6)单击【等距线】图标，并设置参数，做一条与样条线相距为4mm的方向向下的线条，单击【圆弧】图标在左下角选择【两点半径】画弧，以两条样条线右端点为两点，半径为2画圆，并裁掉多余的线。设置好加工所需毛坯尺寸，如图4所示。
图4 酒杯造型
2.2 CAXA数控车的加工路径
2.2.1 粗加工
1)在已经完成的酒杯造型图的基础上，单击【刀具管理】图标，根据上面所列刀具参数将刀具设置好，如图5所示。
图5 刀具参数设置
2)单击【粗加工】图标】聋根据上面所列过程卡将内轮廓粗加工参数设置好，如图6所示。
图6 粗车参数设置表
3)单击【确定】，拾取加工表面轮廓线、拾取毛坯表面、根据刀具路径设置合适的进退刀点，系统则自动生成如图7所示内轮廓粗车加工轨迹。
图7 内轮廓粗车加工轨迹
4)以同样的粗加工方法即可生成外轮廓粗车加工轨迹，如图8所示。
图8 外轮廓粗车加工轨迹
2.2.2 精加工
将之前所做粗加工轨迹隐藏掉，按照与粗加工类似的方法进行精加工轨迹的生成。如图9所示。
图9 内、外轮廓精车加工轨迹
2.3 CAXA数控车的后置处理
程序后置处理是根据所选数控系统配置要求，把加工轨迹转换成G代码的数据文件，也就是CNC数控程序。具体过程为：打开所有刀具轨迹单击【后置处理】图标图选择FANUC系统，按照粗精加工的顺序依次左键选取加工轨迹，最终右键确定，生成后置处理程序。酒杯零件部分程序如图10所示，将所生成的G代码保存即可。
图10 程序
3 宇龙仿真
后置处理生成程序，仅仅是加工轨迹的再现。不能说明程序就能直接应用于生产中。为了检验生成的程序，刀具以及加工参数的选择的正确性，这里采用了宇龙数控仿真软件，来对酒杯零件进行仿真加工。上海宇龙软件工程有限公司的“数控加工仿真系统”界面，与实际数控机床的操作面板与控制面板相似。
3.1 选择机床
首先选择控制系统FANUC，并从所有的FANUC系统中选择FANUC Oi Mate系统；接着选择机床的类型“车床”；最后选择数控机床的制造厂商“沈阳机床厂CAK6136V。点击确定机床选择完成。
3.2 定义毛坯
打开仿真软件，单击【定义毛坯】图标，为了方便仿真，毛坯直接选择U形零件，按外径φ80mm，长度180mm，内孔φ18mm，孔深91mm等参数定义毛坯。
3.3 放置零件
打开菜单“零件/放置零件”命令或者在工具条上选择图标，系统弹出操作对话框。点击你要加工的毛坯（点击后会显示为蓝色），然后点安装零件。安装零件后会自动弹出一个小键盘。通过按动小键盘上的方向按钮实现零件的平移，确定零件在卡盘内的具体位置。
3.4 定义刀具
单击【选择刀具】图标定义刀具。T01为仿形刀，35度菱形刀片，外圆左向横柄刀柄，93度主偏角，刀尖半径0.4mm。T02为镗刀，35度菱形刀片，刀具直径18mm，刀柄长度100，93度主偏角，刀尖半径0.4mm。
3.5 机床准备工作
3.5.1 开启机床
3.5.2 释放急停
3.5.3 进行对刀操作
选择T01为标准刀具，把工件坐标系原点放入G54中，选定的标准刀试切工件端面，将刀具当前的Z轴位置设为相对零点（设零前不得有Z轴位移），则将Z轴当前坐标值设为相对坐标原点。标刀试切零件外圆，将刀具当前X轴的位置设为相对零点（设零前不得有X轴的位移），将X轴当前坐标值设为相对坐标原点。换刀T02后，移动刀具使刀尖分别与标准刀切削过的表面接触。接触时显示的相对值，即为该刀相对于标刀的偏置值△X，△Z。 （为保证刀准确移到工件的基准点上，可采用手动脉冲进给方式）将偏置值输入到磨耗参数补偿表或形状参数补偿表内。如图11所示。
图11 T01，T02对刀
3.6 导入程序
在编辑模式下，打开程序选项，点击DNC传送，打开保存好的后置程序，单击操作，选择读程序，建立程序名，点击EXEC按键，程序被导入到仿真系统，显示在CRT界面上。
3.7 进行仿真加工
点击操作面板上的“自动”按钮，系统进入自动运行状态。点击按钮，进入检查运行轨迹模式，点击操作面板上的“循环启动”按钮，即可观察数控程序的运行轨迹，此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察。（如图12所示）
图12 仿真加工过程与结果
4 结束语
采用CAXA数控车软件对非圆曲线类零件进行造型、轮廓设计及程序后置处理，避免了手工编程中的繁琐计算，大大缩短的编程辅助时间，提高了编程人员的效率，通过软件的使用，提高产品质量和生产周期，降低生产成本。
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