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摘要:数控自动编程是当前数控加工中编程方法的主流，它具有编程速度快、周期短、质量高、使用方便等一系列优点。本文主要研究小主轴零件在计算机上的编程及仿真系统，最终集成了数控加工仿真模块，此编程系统可以检测输出代码的正确性，从而提高编程质量,减少出错率,加快编程速度。Mastercam系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当修改后如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工使用。
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。
关键词:数控自动编程；后处理；数控加工仿真
Abstract: Automatic NC programming is the mainstream programming approach in the current numerical control process, it has a series of advantages of high programming speed, short cycle, high quality, convenient use etc.. Programming and simulation system on the computer this paper mainly studies the small spindle parts, the final integration of the NC machining simulation module, the correctness of the programming system can detect the output code, so as to improve the quality of programming, reduce the error rate, improve the program speed. The Mastercam system itself provides hundreds of post processing program of PST. For the numerical control equipment is different, the numerical control system may not be the same, post processing program selection are different. CNC equipment for concrete, should choose the corresponding post processing program, the post processing to generate the NC NC code with appropriate modifications to meet the requirements of NC equipment used, it can be output to the CNC equipment, CNC machining using.
NC simulation machining environment, tool path and the material removal process to test and optimize the processing procedure through the software simulation, has the advantages of good flexibility, low cost, high efficiency and reliability, is an important measure to improve the programming efficiency and quality.
Key words: automatic NC programming; post processing; NC machining simulation
中圖分类号：TG659文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，对数控相关技术人员的需求日益增加，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏[1]。随着计算机技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真软件，采用计算机仿真加工进行数控程序正确性检验直观、快速、成本较低，有助于缩短产品生产周期、降低成本、提高质量，在减轻编程人员工作量的同时又能提高数控机床的使用率[2]。
1 传动轴二维图绘制
利用MsaterCAM软件中的直线、倒角、镜像等命令绘制传动轴的二维图形，如图1所示。
图1 传动轴二维图
2 设定原材料属性及装夹
在MasterCAM中选择数控车床，单击材料设置按钮，设置加工群组属性。首先设定原材料外径尺寸，在弹出的如图所示的工件设置对话框中单击工件设置参数按钮，输入工件外径【OD】为“100”，长度为“250”。再在工件设置对话框中设置卡盘参数，最后设置原材料装夹的相关参数。本文研究的传动轴零件采用通用三角卡盘装夹，能够满足要求。
3 粗车
打开 [Machine Type]/[Lathe]命令，串选车削外形。选择外圆车刀【T0101 R0.8 OD ROUGH RIGHT】为车削刀具，设置粗车车削参数如车削进给速度、主轴转速，喷油冷却功能、起刀点和停刀点的坐标、削背吃刀、 x（z）方向预留量等，如图2所示。产生刀具路径如图3。
粗车阶段主要是切除大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，数控编程时，需要在x，z方向预留0.2mm的加工余量。刀具选用时一般优先采用标准刀具，刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求,刀具材料应与零件材料相适应。确定走刀路线应考虑确保加工质量,尽可能地缩短走刀路线、少换刀并少走空刀。利用数控仿真可以达到很好的效果。
图2 粗车工艺参数 图3 粗车加工路径
4 精车
选择精车车削命令，单击串连选择按钮，确定精车外形。选择外圆车刀【T0202 R0.397 OD FINISH RIGHT】，设置车削进给速度为“0.3min/rev”，主轴转速为“1000r/min”，启动喷油冷却功能，设置起刀点坐标“X25.0，Z20.0”。 选择精车车削参数选项卡【Finish parameters】精车车削背吃刀量为“0.15”，精车车削次数为“2”，设置x，z方向预留量均为“0.0”，在导引入/引出对话框中设置导引入参数，产生精车刀具路径。
精车的目的是使各主要表面达到图纸规定的质量要求，其关键是工艺参数的设置。其中，背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为保证本传动轴零件的精加工精度，设计进行两次车削。
5 车槽
选择车槽命令，定义凹槽对话框，选择凹槽右上角点作为起点定义凹槽位置。选择外圆车槽刀【T1818 R0.1 W3 OD GROOVE CENTER】，设置刀号、刀座号、刀补号均为“3”，并设置车削速度、主轴转速、起刀点坐标和刀具停留点坐标。设置凹槽深度为“3.0”，宽度为“4.0”。選择车槽加工参数选项卡，设置凹槽车削次数为“1”，预留量为“0.0”。重复以上步骤，设置凹槽深度和宽度，完成轴上的切槽加工。车槽加工参数设计如图4所示。
图4 车槽加工工艺参数
6 工件掉头
选择菜单栏的掉头命令，系统弹出如图5所示的掉头操作设置对话框，单击几何图形选择按钮，视窗选择整个图形，按Enter键确认。
图5
7 车削端面
打开[Machine Type]/[Lathe face toolpath]命令，选择外圆车端面刀【T0101 R0.8 ROUGH FACE RIGHT】，设置车削进给速度、主轴转速、起刀点坐标和停刀点坐标，设计车端面加工参数，输入车削长度及其他车削参数，如图6所示，产生端面车削加工路径。
8 粗车
9 精车
图6 端面车削加工工艺参数 图7 仿真加工的三维图
10 自动生成NC代码及传输程序
利用Mastercam系统的后处理功能，将设计的粗车、精车、切槽、端面车削等车削加工工艺进行实体仿真，结果如图7所示。检查加工过程没有干涉和撞刀等缺陷，说明程序可用。利用软件后处理系统生成NC代码如图8所示。利用网络、U盘等传输到数控加工设备的控制器内，控制机床完成零件的加工。
图8NC代码
11 总结
对于轴类零件，可以利用CAM软件编制加工程序并进行验证。文中介绍了利用Mastercam 软件对传动轴进行数控仿真加工，同时生成了数控加工代码，也可为其他零件的数控仿真加工提供参考。
参考文献
[1]陈国庆,沈先君.数控机床仿真在数控教学中的应用[J].科教文汇,2007,（30）
[2]耿家源,梁汉优. 基于MasterCAM的模具零件数控自动编程[J]. 城市建设理论基础，2012.05
作者简介：王凯强（1990-），男， 湖北荆门人，通信地址：长江大学工程技术学院机械系219#
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。
关键词:数控自动编程；后处理；数控加工仿真
Abstract: Automatic NC programming is the mainstream programming approach in the current numerical control process, it has a series of advantages of high programming speed, short cycle, high quality, convenient use etc.. Programming and simulation system on the computer this paper mainly studies the small spindle parts, the final integration of the NC machining simulation module, the correctness of the programming system can detect the output code, so as to improve the quality of programming, reduce the error rate, improve the program speed. The Mastercam system itself provides hundreds of post processing program of PST. For the numerical control equipment is different, the numerical control system may not be the same, post processing program selection are different. CNC equipment for concrete, should choose the corresponding post processing program, the post processing to generate the NC NC code with appropriate modifications to meet the requirements of NC equipment used, it can be output to the CNC equipment, CNC machining using.
NC simulation machining environment, tool path and the material removal process to test and optimize the processing procedure through the software simulation, has the advantages of good flexibility, low cost, high efficiency and reliability, is an important measure to improve the programming efficiency and quality.
Key words: automatic NC programming; post processing; NC machining simulation
中圖分类号：TG659文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，对数控相关技术人员的需求日益增加，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏[1]。随着计算机技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真软件，采用计算机仿真加工进行数控程序正确性检验直观、快速、成本较低，有助于缩短产品生产周期、降低成本、提高质量，在减轻编程人员工作量的同时又能提高数控机床的使用率[2]。
1 传动轴二维图绘制
利用MsaterCAM软件中的直线、倒角、镜像等命令绘制传动轴的二维图形，如图1所示。
图1 传动轴二维图
2 设定原材料属性及装夹
在MasterCAM中选择数控车床，单击材料设置按钮，设置加工群组属性。首先设定原材料外径尺寸，在弹出的如图所示的工件设置对话框中单击工件设置参数按钮，输入工件外径【OD】为“100”，长度为“250”。再在工件设置对话框中设置卡盘参数，最后设置原材料装夹的相关参数。本文研究的传动轴零件采用通用三角卡盘装夹，能够满足要求。
3 粗车
打开 [Machine Type]/[Lathe]命令，串选车削外形。选择外圆车刀【T0101 R0.8 OD ROUGH RIGHT】为车削刀具，设置粗车车削参数如车削进给速度、主轴转速，喷油冷却功能、起刀点和停刀点的坐标、削背吃刀、 x（z）方向预留量等，如图2所示。产生刀具路径如图3。
粗车阶段主要是切除大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，数控编程时，需要在x，z方向预留0.2mm的加工余量。刀具选用时一般优先采用标准刀具，刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求,刀具材料应与零件材料相适应。确定走刀路线应考虑确保加工质量,尽可能地缩短走刀路线、少换刀并少走空刀。利用数控仿真可以达到很好的效果。
图2 粗车工艺参数 图3 粗车加工路径
4 精车
选择精车车削命令，单击串连选择按钮，确定精车外形。选择外圆车刀【T0202 R0.397 OD FINISH RIGHT】，设置车削进给速度为“0.3min/rev”，主轴转速为“1000r/min”，启动喷油冷却功能，设置起刀点坐标“X25.0，Z20.0”。 选择精车车削参数选项卡【Finish parameters】精车车削背吃刀量为“0.15”，精车车削次数为“2”，设置x，z方向预留量均为“0.0”，在导引入/引出对话框中设置导引入参数，产生精车刀具路径。
精车的目的是使各主要表面达到图纸规定的质量要求，其关键是工艺参数的设置。其中，背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为保证本传动轴零件的精加工精度，设计进行两次车削。
5 车槽
选择车槽命令，定义凹槽对话框，选择凹槽右上角点作为起点定义凹槽位置。选择外圆车槽刀【T1818 R0.1 W3 OD GROOVE CENTER】，设置刀号、刀座号、刀补号均为“3”，并设置车削速度、主轴转速、起刀点坐标和刀具停留点坐标。设置凹槽深度为“3.0”，宽度为“4.0”。選择车槽加工参数选项卡，设置凹槽车削次数为“1”，预留量为“0.0”。重复以上步骤，设置凹槽深度和宽度，完成轴上的切槽加工。车槽加工参数设计如图4所示。
图4 车槽加工工艺参数
6 工件掉头
选择菜单栏的掉头命令，系统弹出如图5所示的掉头操作设置对话框，单击几何图形选择按钮，视窗选择整个图形，按Enter键确认。
图5
7 车削端面
打开[Machine Type]/[Lathe face toolpath]命令，选择外圆车端面刀【T0101 R0.8 ROUGH FACE RIGHT】，设置车削进给速度、主轴转速、起刀点坐标和停刀点坐标，设计车端面加工参数，输入车削长度及其他车削参数，如图6所示，产生端面车削加工路径。
8 粗车
9 精车
图6 端面车削加工工艺参数 图7 仿真加工的三维图
10 自动生成NC代码及传输程序
利用Mastercam系统的后处理功能，将设计的粗车、精车、切槽、端面车削等车削加工工艺进行实体仿真，结果如图7所示。检查加工过程没有干涉和撞刀等缺陷，说明程序可用。利用软件后处理系统生成NC代码如图8所示。利用网络、U盘等传输到数控加工设备的控制器内，控制机床完成零件的加工。
图8NC代码
11 总结
对于轴类零件，可以利用CAM软件编制加工程序并进行验证。文中介绍了利用Mastercam 软件对传动轴进行数控仿真加工，同时生成了数控加工代码，也可为其他零件的数控仿真加工提供参考。
参考文献
[1]陈国庆,沈先君.数控机床仿真在数控教学中的应用[J].科教文汇,2007,（30）
[2]耿家源,梁汉优. 基于MasterCAM的模具零件数控自动编程[J]. 城市建设理论基础，2012.05
作者简介：王凯强（1990-），男， 湖北荆门人，通信地址：长江大学工程技术学院机械系219#