[实例1⁃1]　阶梯轴类零件的设计与加工

完成图1⁃1所示阶梯轴零件的轮廓设计及粗精加工程序编制。零件材料为45钢,毛坯为ϕ80mm的棒料。

该零件为简单的阶梯轴零件。经过分析,先建立工件坐标系,设A点为下刀点,用加工轮廓和毛坯轮廓确定加工区域。用车削粗加工功能,做轮廓粗车加工,确定被加工轮廓和毛坯轮廓,被加工轮廓就是加工结束后的工件表面轮廓,毛坯轮廓就是加工前毛坯的表面轮廓。用车削精车加工功能,做外轮廓精车加工。

一、绘制零件轮廓

① 建立工件坐标系。数控车床的坐标系一般为一个二维的坐标系:XZ,其中“Z”为水平轴。而一般CAD/CAM系统的常用二维坐标系为XY。为便于与CAD系统操作统一,又符合数控车床实际情况,CAXA数控车在系统坐标系上作了些处理。

首先,在CAXA数控车系统中,图形坐标的输入仍然按照一般CAD系统的方式输入,使用XY坐标系。在轨迹生成代码时自动将X坐

标转换为Z坐标,将Y坐标转换为X坐标。所以在CAXA数控车的界面中显示的坐标系如图1⁃2所示,括号中的坐标为输出代码时的坐标系,括号外的坐标为系统图形绘制时使用的坐标系。

② 在常用选项卡中,单击绘图生成栏中的孔/轴按钮,用鼠标捕捉坐标零点为插入点,这时出现新的立即菜单,在“2.起始直径”和“3.终止直径”文本框中分别输入轴的直径40,移动鼠标,则跟随着光标将出现一个长度动态变化的轴,键盘输入轴的长度30。右击结束命令,即可完成一个带有中心线的轴的绘制。如图1⁃3所示。

③ 同样用孔/轴命令绘制ϕ60mm和ϕ76mm的两段圆柱轮廓,如图1⁃4所示。

④ 在常用选项卡中,单击修改生成栏中的过渡按钮,在下面的立即菜单中,选择圆角、裁剪,输入过渡半径4,拾取要过渡的边线,过渡完成,如图1⁃5所示。

⑤ 在常用选项卡中,单击修改生成栏中的倒角按钮,在下面的立即菜单中,选择长度、裁剪,输入倒角距离2,角度45,拾取要倒角的边线,倒角完成,如图1⁃5所示。

二、外轮廓粗加工

① 在常用选项卡中,单击绘图生成栏中的直线按钮,在立即菜单中,选择两点线、连续、正交方式,捕捉左角点,向上绘制2mm,向右绘制82mm直线,完成毛坯轮廓线绘制,如图1⁃6所示。

操作技巧及注意事项:

被加工轮廓和毛坯轮廓两端点相连,两轮廓共同构成一个封闭的加工区域,在此区域的材料将被加工去除。被加工轮廓和毛坯轮廓不能单独闭合或自相交。生成粗加工轨迹时,只须绘制要加工部分的外轮廓和毛坯轮廓,组成封闭的区域(须切除部分)即可,其余线条不必画出。

② 在数控车选项卡中,单击二轴加工生成栏中的车削粗加工按钮,弹出车削粗加工对话框,如图1⁃7所示。加工参数设置:加工表面类型选择外轮廓,加工方式选择行切,加工角度180,切削行距设为1,主偏干涉角0,副偏干涉角设为6,刀尖半径补偿选择编程时考虑半径补偿。

操作技巧及注意事项:

在软件坐标系中X正方向代表机床的Z轴正方向,Y正方向代表机床的X正方向。本软件用加工角度将软件的XY向转换成机床的ZX向,如切外轮廓,刀具由右到左运动,与机床的Z正向成180°,加工角度取180°。切端面,刀具从上到下运动,与机床的Z正向成-90°或270°,加工角度取-90°或270°。

操作技巧及注意事项:

行切方式相当于G71指令,等距方式相当于G73指令,自动编程时常用行切方式,等距方式容易造成切削深度不同,对刀具不利。

编程时考虑半径补偿:在生成加工轨迹时,系统根据当前所用刀具的刀尖半径进行补偿计算(按假想刀尖点编程)。所生成代码即为已考虑半径补偿的代码,无须机床再进行刀尖半径补偿。

由机床进行半径补偿:在生成加工轨迹时,假设刀尖半径为0,按轮廓编程,不进行刀尖半径补偿计算。所生成代码在用于实际加工时应根据实际刀尖半径由机床指定补偿值。

③ 快速退刀距离设置为5。每行相对毛坯及加工表面的进刀方式设置为长度1,角度45,如图1⁃8所示。

④ 选择90°外轮廓车刀,刀尖半径设为1,主偏角90,副偏角6,刀具偏置方向为左偏,对刀点为刀尖尖点,刀片类型为普通刀片。如图1⁃9所示。

操作技巧及注意事项:

考虑加工工件的几何形状,当加工台阶时,主偏角应取90°,副偏角根据表面光洁度选择,要求高时偏角较小。考虑加工性质,精加工时,副偏角可取10°~15°,粗加工时,副偏角可取5°左右。

⑤ 单击“确定”退出对话框,采用单个拾取方式,拾取被加工轮廓,单击右键,拾取毛坯轮廓,毛坯轮廓拾取完后,单击右键,拾取进退刀点A,生成阶梯轴零件加工轨迹,如图1⁃10所示。

⑥ 在数控车选项卡中,单击仿真生成栏中的线框仿真按钮,弹出线框仿真对话框,如图1⁃11所示,单击“拾取”按钮,拾取加工轨迹,单击右键结束加工轨迹拾取,单击“前进”按钮,开始仿真加工过程。

⑦ 程序生产是根据当前数控系统的配置要求,把生成的加工轨迹转化成G代码数据文件,即生成CNC数控程序,具体操作过程如下:

在数控车选项卡中,单击后置处理生成栏中的后置处理按钮,弹出后置处理对话框,如图1⁃12所示,选择控制系统文件Fanuc, 单击“拾取”按钮,拾取加工轨迹,然后单击“后置”按钮,弹出编辑代码对话框,如图1⁃13所示,生成阶梯轴零件加工程序,在此也可以编辑修改加工程序。

三、外轮廓精加工

轮廓车削精加工功能实现对工件外轮廓表面、内轮廓表面和端面的精车加工。做轮廓精车时要确定被加工轮廓,被加工轮廓就是粗车结束后的工件表面轮廓,被加工轮廓不能闭合或自相交。

① 对前面粗加工轮廓和毛坯轮廓作适当修改,只保留加工轮廓。如图1⁃14所示。

② 在数控车选项卡中,单击二轴加工生成栏中的车削精加工按钮,弹出车削精加工对话框,如图1⁃15所示。加工参数设置:加工表面类型选择外轮廓,反向走刀设否,切削行距设为1,主偏干涉角要求小于0,副偏干涉角设为15,刀尖半径补偿选择编程时考虑半径补偿,径向余量和轴向余量都设为0。

③ 选择轮廓车刀,刀尖半径设为0.2,主偏角90,副偏角15,刀具偏置方向为左偏,对刀点为刀尖尖点,刀片类型为普通刀片。如图1⁃16所示。

④ 单击“确定”退出对话框,采用单个拾取方式,拾取被加工轮廓,单击右键,拾取进退刀点A,生成阶梯轴零件精加工轨迹,如图1⁃17所示。

⑤ 在数控车选项卡中,单击仿真生成栏中的线框仿真按钮,弹出线框仿真对话框,如图1⁃18所示,单击“拾取”按钮,拾取精加工轨迹,单击右键结束加工轨迹拾取,单击“前进”按钮,开始仿真加工过程。

⑥ 在数控车选项卡中,单击后置处理生成栏中的后置处理按钮,弹出后置处理对话框,如图1⁃19所示,选择控制系统文件Fanuc, 单击“拾取”按钮,拾取精加工轨迹,然后单击“后置”按钮,弹出编辑代码对话框,如图1⁃20所示,生成阶梯轴零件精加工程序,在此也可以编辑修改加工程序。