轴的数控纵切程序编制技术研究

李铁刚，张 陈

(沈阳工程学院 机械学院，辽宁 沈阳 110136)

纵切车床的出现使批量加工最大直径为32 mm 的精密轴类工件成为可能。纵切车床在金属切削加工中，刀具的运动轨迹垂直于工件的回转轴线，也就是在车削加工中工件旋转和移动，车刀不需要跟随工件移动，与常规的车床有着本质的区别。纵切机床的加工特点有如下几方面：

1)加工精度高：棒料轴向进给通过中心导套，刀具切削点紧靠导套口端，刚性好，消除了棒料在刀具切削力下的变形。

2)加工效率高：联接自动送料机和自动除屑器等辅助装置后，一次装夹对刀，多刀塔加工，可实现连续加工及一人多机操作，提高了零件的加工效率。

3)加工复合化程度高：能一次完成对零件车、铣、钻、攻螺纹、车螺纹和开槽加工工序，具有第六面加工能力；可大幅缩短加工时间，减少了零件加工中的二次装夹，提高了加工精度和加工效率。

4)精密数控纵切车床结构紧凑，整机质量轻，占地面积小[1]。

对于纵切机床的加工，需要研究其高效的数控编程技术，以保证程序的编制质量，进而确保加工质量。Edgecam是Vero公司的智能化高效编程软件，极大地简化了多轴走心式纵切(亦称瑞士型)机床的加工编程和仿真[2-3]。

1 数控程序编制

1.1 加工机床构建

采用Edgecam软件编程时，首先要调入机床模型，编制程序完成后才能进行加工过程的动态仿真，模拟实际的加工动作，检查机床、毛坯、夹具、工件和刀具的碰撞和过切。

采用Edgecam软件设计的机床模型存在于后置处理器原文件中，然后进行后置处理功能设计，进而生成机床加工所用的NC程序，后置处理器定制在Code Wizard中实现。

后置处理器纵切机床模型包括机床运动模型和几何模型。运动模型表示机床主要移动部件和功能部件的相互位置关系和运动关系，使建立的机床几何模型能够安排其几何运动关系进行真实的运动，进而能够进行加工仿真；机床几何模型表示机床功能部件的实际几何尺寸。后置处理器首先建立机床的运动模型，而后在运动模型上添加几何模型。为了提高仿真速度可利用轻量化的STL文件和近似的几何模型建模。

以某典型的纵切机床为例，其具有左右2个加工主轴，上下各具有2个排刀塔，共4个刀塔，主副主轴各具有1个C坐标。图1为建立的机床运动模型，具体的部件含义如表1所示，图中的示例结构表示机床结构件的串并联关系。

图1 机床运动模型

Code Wizard应用配置界面分为菜单区、图形区、工具栏、Code Generator(代码构造器)窗口、机床构造器窗口、夹具构造器窗口、属性窗口和预览功能窗口。需要进行机床参数设置、样式表设置、输出NC代码格式设置和代码构造器设置。

代码构造器作用是设置输出代码的形式，进行代码输出前的复杂逻辑运算，控制代码输出的进程等，对于复杂的NC指令输出可以利用系统配置的CODE语言进行编程处理，纵切机床需要特殊设置的代码构造器如图2所示。

表1 运动模型部件含义

图2 特殊设置的代码构造器

最后建立的纵切机床精简模型如图3所示。

1.2 工艺规划

如图4所示，零件为典型轴类零件，材料为LY12CZ铝合金，需要进行铣削、钻孔、车削外圆和切槽等典型部件的加工。毛坯选择30 mm棒料，零件两端装夹，两面加工，人工装夹工件，加工完成后自动切断[4-5]。制定的具体加工工序内容如表2所示。

图3 纵切机床模型

图4 典型轴类零件

工步加工内容刀号刀具轴刀塔1粗车右外圆T01外圆车刀主轴左上2粗车端面T01外圆车刀主轴左上3钻4-Φ4孔T02Φ4钻头主轴左上4粗车外圆T01外圆车刀主轴左上5车外螺纹T03螺纹车刀主轴左上6钻端面孔T03Φ10钻头主轴左下7钻端面孔T02Φ6钻头主轴左下8粗车左外圆T01外圆车刀副主轴右上9切槽T022毫米槽刀副主轴右上10粗车端面T01外圆车刀副主轴右上11粗铣曲面槽腔T049毫米铣刀副主轴右上12精铣曲面槽腔T028毫米铣刀副主轴右下13钻左端面孔T03Φ2.5钻头副主轴右下

1.3 数控编程

Egdecam下的纵切数控编程由建立机床、读入零件模型、建立毛坯、建立加工工序、定义刀具走刀路线、仿真加工和后置处理等步骤组成。Egdecam带有EWS模块，可以建立模型供编程时使用，还可以读入市场上所有主流的CAD软件的模型数据，用来直接进行程序编制。模型生成后首先需要调入建立的后置处理机床，进入车铣加工环境，此时自动生成4个刀塔的工序浏览器。机床上刀塔最多安装4把刀具，下刀塔最多安装3把刀具，即可以安装车刀进行车削编程，也可以安装铣刀进行铣削编程。每个刀塔的刀具单独编号。

每个刀塔单独编程，在加工过程中，协调刀塔运动步调是编程的主要内容。为了节约时间，主副轴和上下刀塔具有同步功能，对刀塔同步运动和运动时间等进行的设置，可以协调两刀塔的相互运动，避免上下刀塔运动干涉和过载切削等现象发生，最大限度地提高加工效率。

刀塔同步时，一台刀塔待命，另一台刀塔继续运行加工程序，以便避免双刀塔同时独立运动发生干涉。在菜单栏中选择【辅助功能】→【同步刀塔】命令，系统打开【同步刀塔】对话框，在该对话框中无需设置任何特定参数，只需输入一些备注信息，以便工序和程序的判读。确定后，在【工序】浏览器中便会加入一个【同步刀塔】工序。当程序运行到该工序时，机床双刀塔便开始进行同步加工。编制完成的工序浏览器视图如图5所示[6]。

图6为加工的时间序列图，可以清晰地得到按时间顺序的各工序动作，每个工步用1个矩形方格区间表示，区间的左右分别是开始加工时间和终止加工时间，相同颜色表示工步的进给率相同。

2 仿真加工

点击菜单【模拟仿真】，得到的仿真结果如图7所示，经过与零件模型对比，没有发生工件切伤和材料欠切的情况，刀具和机床的运动部件也没有发生干涉，程序编制正确。

图5 工序浏览器视图

图6 时间序列

图7 仿真加工结果

3 结 语

通过研究基于Edgecam的典型轴类件的数控纵切加工编程方法，证明了Edgecam可以完成复杂的纵切机床的后置处理器定制，能够方便地进行纵切机床仿真模型的构建，可以建立多主轴、多刀塔的机床，方便地进行多主轴和刀塔的程序编制，软件应用界面友好，程序编制运动协调方便。

通过实例零件的加工验证了该方法的可行性，提高了数控编程的效率，缩短了零件的制造周期，已经实现了相关产品的批生产，产生了显著的经济效益。

[1] 孙文田.精密数控纵切车床及其应用[J].金属加工：冷加工，2014(11)：22-24.

[2] 李铁刚.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.

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

[4] 朱学超.基于车铣复合中心的针阀接头数控加工[J].机床与液压，2011，39(8):50-52.

[5] 张 贺，郭 桦，肖 楠.基于UGNX的异型石材多功能复合加工中心数控加工与仿真技术研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2010，6(2)：175-178.

[6] 李铁刚.Edgecam应用教程[M].北京：机械工业出版社，2014.