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簡易數控磨床編程及 CAM 后處理定制研究

2021-6-11 來源：煙臺工程職業技術學院作者：蘇丹婭

摘要：針對制造業中微小軸類零件需要外圓磨床加工而開發的簡易型數控磨床，由于沒有現成的 CAM 后處理程序與之相適應，所以應用并不廣泛，本文通過對該機床的磨削程序研究出發，在 Siemens NX10 軟件的后處理（Postbuild）中構建可以直接應用在該類機床上的后處理器，輸出的程序可以直接使用在該機床的加工中。

關鍵詞：簡易型數控磨床；后處理定制；磨削加工

1 、概論

隨著制造業技術的不斷提高，零件的加工精度要求也不斷提高，傳統依靠工人技術水平來保證零件精度的方式，也逐步轉變成依靠機床自動化、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中工業設備設備升級改造，設備維修、升級更需要將原有設備中的微小零件進行替換，高精度的微小軸類零件所占比重較大，它們結構緊湊，工作部分與軸體由同一毛坯加工出來，它們在傳統加工方式中由儀表車、仿形車、小型車床等設備加工而成，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構限制往往不能順利加工。

隨著數控技術的發展，高精度的數控磨床使得此類零件的加工成為可能。但在目前的機床市場中，高檔的小型數控磨床功能強大，主要針對生產規格較大、價格較高的零件加工，缺少適合中低用戶選擇的數控磨床。高檔的數控磨床可以使用砂輪（磨具）作為切削的刀具進行復雜形狀的工件加工，并在磨床上增加自動裝夾和修補砂輪機構，具有很高的精度。

本文研究的是自制的簡易型數控磨床，針對加工的工件的材料為 20Cr，熱處理后硬度打到 62HRC，該零件為某精密機械的傳動零件，如圖 1 所示。

零件整體為階梯軸結構，不同軸徑之間設計有越程槽，其上齒輪與階梯軸為一題結構。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。手動編寫的磨削程序如下：

手工編寫的程序效率低且容易出錯，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，需要自己開發后處理程序。Siemens NX10 數控編程的后置器由.def、.pui、.tcl 三個文件組成。pui 文件將刀路編譯為機床可以識別的 NC 代碼，程序中包含機床信息、刀具運動的加工坐標、準備指令（G 代碼）以及其他輔助指令。

由于數控磨床與數控車床的運動形式和指令系統相似，所以在 Siemens NX10 中采用在數控車后處理器的基礎上進行修改，后處理界面如圖 2 所示。

圖 2Siemens NX10 后處理器

采用在數控車后處理器的基礎上進行簡易型數控磨床后處理器的構建，能夠快速構建起數控磨床的數控磨床后處理器，數控車床與數控磨床同屬 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動軌跡、刀具的轉速、進給量等信息，數控外圓磨床加工時的主軸與工件均旋轉，而原始的后處理中并不能輸出砂輪的轉速，需要在Siemens NX10 的后處理中添加砂輪主軸并設置其輸出旋轉運動，如圖 3 所示。

這些設計好的模塊會與數控機床的NC 程序指令對應輸出，當 CLSF 文件中有觸發模塊的事件存在，就會讀取模塊內設置的指令集輸出合適的 NC程序。

圖 3 增加砂輪主軸旋轉輸出

CLSF 文件的數據需要進行編譯成為符合使用的數控系統的 NC 代碼，本文簡易數控磨床的控制系統為 mach3軟件，其控制程序與 fanuc 系統兼容，后處理修改時將磨床的砂輪旋轉指令編寫成 MOM 事件，相當于將指令集編寫成“模塊”與 NC 程序中的換刀指令對應，實現簡易數控磨床的主軸功能。

在簡易型數控磨床后處理器中的定制中，需要對該磨床的常用參數設置正確，防止 NC 程序中存在的刀具路徑超出機床運行范圍，數控磨床需要設置 2 個方向的極限行程以及砂輪主軸的極限轉速,在 postbuild 中定義的選項為Linear Motion Resolution 參數，用以確定磨床最小移動距離的大小為 0.001mm，機床實際能夠達到的運動精度為0.01mm。此外還需要修改輸出的 NC 程序的格式，在 Program& Tool Path 選項中修改后處理出的 NC 程序的指令格式，使其默認輸出的程序格式為 TXT 文本格式，便于控制系統識別。

作為藍本的數控車后處理中會有本機床無法識別或使用的指令，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。