于磊磊¹    程宇轩²    余辉³ 

1.宁波职业技术学院； 2.无锡职业技术学院； 3.南京肯特复合材料有限公司 

摘要：在现代制造业快速发展的今天，企业在保证零件加工精度要求的基础上，对零件的加工效率要求也有所提高。以某企业生产槽类零件为例，本文借助于国产CAXA数控车软件，巧用其CAM切槽功能，对槽类零件绘制几何图形，运用CAM模块创建刀具，创建毛坯，选择加工模式及设置切削参数，生成加工轨迹，并使用二维线框仿真验证程序是否正确，后置处理生成加工程序单，将程序单导入到数控机床系统，安装调试好毛坯和刀具，建立工件坐标系，自动运行加工生产。经实践验证，采用CAXA数控车软件对槽类零件进行自动编程，再进行数控车削加工，安全、高效且切实可行。

关键词：零件图；工艺分析；自动编程；数控加工

0  引言

在当今科技飞速发展的时代背景下，软件自动编程技术已是制造技术和制造业的发展趋势和方向。随着工业产品的持续升级换代，对于轮廓较为复杂的零件，CAXA数控车软件作为一款功能强大的国产计算机辅助制造（CAM）软件，可为轴、套等回转体零件的加工提供全新的解决方案，能够实现高精度、高效率且高柔性的生产，因此广泛应用于装备、汽车制造、电子电器以及航空航天等众多加工制造领域。

图1 槽类零件图

本文采用CAXA数控车软件CAM模块进行槽类零件的自动编程及加工的研究，使用企业现有设备数控车床进行槽类零件的实际加工生产。实践表明，此方法从零件图样到实际加工产品过程，生产效率高、产品加工质量好，完全适用于复杂模型零件的数控车削与加工。

1 槽类零件图样及三维特征

1.1  零件图样分析

本文以某典型型号非标活塞槽类零件为例进行零件特征分析。槽类零件如图1所示。零件包括外圆、端面、槽圆弧以及锥面等结构，形状较复杂，个别尺寸要求较高；自动编程时，建立绘图基本命令完成造型；为保证加工精度，采用试切法计算圆柱体的中心点进行对刀，装夹需分两次调头装夹完成零件加工。

1.2  零件造型

CAXA 数控车软件拥有直观、便捷的图形绘制界面，用户既可以采用交互式绘图方式，通过鼠标点击和拖动等操作，实时地在界面上构建图形；也能运用参数化绘图方式，依据预先设定的参数精确地生成所需图形。这种多样化的绘图方式，能够充分满足各种复杂零件的设计需求。在绘制此零件二维图时，为了避免锐角对操作人员造成伤害，且便于零件的装配，需要对进行倒圆角处理，使用 CAXA 数控车软件的倒角命令，用户可以轻松地为零件的轮廓添加合适的倒角，使用CAXA三维绘图时按照零件尺寸公差的中差进行绘图，精确地绘制出槽类零件的二维轮廓图，三维模型如图2所示。

图2 零件三维特征

2 加工工艺分析

毛坯料选择：此零件为活塞类零件，客户需要其能够承受足够的压力和冲击，保持稳定的运动状态，具有良好的耐磨性和较高的加工精度，表面粗糙度较低。为尽量减少应力集中的影响，避免因应力集中导致的断裂或变形，综合考虑选择毛坯材料为6061铝合金棒料，此材料主要合金元素为镁与硅，抗拉、抗压强度为200 N/mm²，抗剪强度为115 N/mm²，局部承压强度为305 N/mm²，精加工后表面阳极氧化，能承受按GB/10125-2021进行的中性盐雾试验168 h，硬度大于等于45HRC，选材经加工后试用，选择6061材料满足使用要求。

装夹及加工方案：夹持棒料，伸出长度超过26 mm，粗车零件左端面和左端外圆，精车左端端面和外圆，粗车左端外槽轮廓，半精车φ8外圆和60°锥面，精车3 mm、2.5 mm宽两个槽及φ8 mm外圆和60°外圆锥面，调头夹持φ18 mm外圆，顶住φ26 mm外圆左端面肩台，取零件总长36.8 mm，粗车右端外轮廓，精车右端外轮廓至尺寸要求，完成零件加工。加工内容、切削参数工艺卡片如表所示。

3 基于CAXA软件的自动编程

3.1  零件加工设备选择

在数控加工的实际操作中，当拿到零件图样后，首要任务便是根据其图纸尺寸及要求来挑选合适的毛坯材料。此次加工任务所涉及的零件，经过分析，确定选用规格为φ30X600的铝棒料作为毛坯。

加工操作时，选用的现有设备斜床身 FANUC系统数控车床，气动卡盘装夹，需将毛坯安装到数控车床上，确保装夹牢固且定位准确无误。首先进行外轮廓粗加工工序，当外轮廓粗加工步骤完成后，再执行切断工序，切断后保证零件总长38±0.1 mm。

3.2  自动编程

CAXA 数控车软件作为一款专业的数控编程软件，具备丰富且强大的基本功能，选择切槽加工时槽的底面、两侧面余量均可以分别设置，通过优化车削槽加工参数中粗加工参数与精加工参数中的 “底面余量”“左侧余量”“右侧余量”控制，实现槽加工三个面单独设置余量，为槽类零件的自动编程与加工提供了全方位的支持。

（1）打开CAXA数控车软件，选择“数控车”命令，创建刀具，刀具类型选择“切槽车刀”，刀具长度设置为40；刀具宽度应小于刀刃宽度，否则会产生切削参数设置错误，此处刀具宽度设置为1.5；切槽刀刀刃宽度应小于槽的宽度，如零件图样1所示，零件槽最小宽度尺寸为2.5 mm，因槽精加工余量设置为0.1 mm，按照刀具宽度标准，故合理设置刀具刀刃宽度为2；为避免切槽刀副后刀面加工时与待切削槽侧壁发生干涉，刀具引角设置为10°，刀具位置设置为5，编程刀位设置在前刀尖。切削用量速度设定进退刀时不要快速走刀，接近速度和退刀速度均设置为30 mm/min，退刀速度300 mm/min，主轴转速选择1800 r/min。

（2）建立工件坐标系位于毛坯右端面回转中心，选择“视图”，新建“原点坐标系”，确定坐标系基点X0，Z0，旋转角为0°，点击确定，工件坐标系设置完成。

（3）选择二轴加工，车削槽加工，粗加工参数为：切槽表面类型为“外轮廓”；加工工艺类型为“粗加工”；加工方向选择“纵深”，沿着X轴方向进退刀；为保护切槽刀具受力均衡，拐角过渡方式选择为“圆弧”；加工平面为“XOY平面（X为主轴）”；样条拟合方式为“圆弧”，数值为“9999”；粗加工目的是尽快去除毛坯余量，留相应精加工余量即可，选择加工精度“0.05”；平移步距“1.1”，加工余量“0.1”；避免切削加工槽时切屑缠绕，切深行距“2”；延迟时间“0”，退刀距离“0.5”；刀具只能下切，粗加工时修轮廓，刀具半径补偿选择编程时考虑半径补偿。几何参数：轮廓曲线选择待切槽所有轮廓，拾取轮廓时选择限制链拾取，先选槽加工起始段1为开始端，链搜索方向向下，再选择倒角段2为终止端，轮廓曲线拾取完成。输入进退刀点安全位置：X60，Z80，确保换刀安全，几何参数拾取完成。

（4）设置好加工参数、刀具参数和几何参数，生成切槽粗加工轨迹，如图3所示。

图3 切槽粗加工刀具轨迹

（5）后置处理生成槽粗加工程序单，按FanucSeriesMateTD系统设定好后置设置参数，软件界面打开“特征树”，选择“轨迹”，“车削槽加工”，右击鼠标，在下拉菜单中选择“后置处理”，控制系统文件选择“FanucSeriesMateTD”，机床配置文件为“数控车床-2x-XZ”，轨迹为“车削槽加工”，坐标系为“零件1坐标系”，点击“后置”，生成加工程序单。

（6）生成槽精加工程序单，选择特征树中的1-车削槽加工，仅需复制粘贴为2-车削槽加工，修改“粗加工”为“精加工”，设置精加工参数：为保证精加工时零件尺寸精度和表面质量，精加工精度“0.01”；切削行数设为“1”；精加工余量为“0”；切削行距“1”；末行刀次“1”；退刀距离为“1”；刀具只能下切，粗加工时修轮廓，刀具半径补偿选择编程时考虑半径补偿。刀具参数中切削用量按工艺卡中精加工转速“1800”改为“2000”，进刀量改为150即可，其它参数均和粗加工相同即可，生成刀具加工轨迹，如图4所示，后置处理生成槽精加工程序单，步骤同后置处理生成槽粗加工程序单。

图4 切槽精加工刀具轨迹

4 零件数控车床加工

对刀：将已粗加工好的毛坯装夹在卡盘上，分别将93°外圆车刀、35°菱形车刀、槽粗加工刀、槽精加工刀4把刀具安装在刀架上。主轴旋转，外圆车刀车削工件的端面，车平端面后，打开数控系统刀补参数OFF/SET，将Z0输入刀补参数中并测量计算，得到相应刀具刀位点相对机械坐标零点的 Z 值,Z对刀完成；Z方向退回，移动外圆车刀车削外圆3～5 mm，保持X坐标不变，沿 Z 轴方向退刀适当位置，主轴停止旋转，测量所车削外圆的直径。将测量值输入OFF/SET刀补参数中并测量计算，得到相应刀具刀位点相对机械坐标零点的 X 值，X轴对刀完成。其余3把刀具依此方法对刀确定工件坐标系零点位置。

程序传输至机床：在CAXA数控车软件中设置波特率、奇偶校验、数据位、停止位传输参数与机床端相同，数据口为COM1,握手方式XON/XOFF、换行符为LF，打开软件自动编写好的程序单，选择要传输的程序，发送代码类型为FANUC标准发送，点击发送后在机床端接收，将程序存储在数控系统中待加工使用。

选择待加工轮廓加工程序单，自动运行程序加工。为避免在批量零件加工过程中出现大量的废品，对零件进行1～3 件的首件试切生产加工，加工后零件尺寸通过三坐标测量机检测，检验加工程序是否符合批量性生产要求，校验企业现有生产条件是否满足正式的投产加工，及时对尺寸超差的数值调整，对工艺、程序进行针对性修改，确保零件所有尺寸、形位公差和表面质量满足图样要求，保证批量生产时高精度、高效率，使企业利益达到最大化。

目前，此零件已顺利进入大批量生产阶段，源源不断地为企业创造经济效益，助力企业在激烈的市场竞争中脱颖而出，实现企业利益最大化，批量加工零件产品如图5所示。

图5 批量生产槽类零件

本文通过对槽类零件加工工艺分析，运用国产软件CAXA数控车对其进行二维图绘制，根据加工经验，设置好影响加工质量、加工效率以及刀具的使用寿命的切削参数，巧妙利用软件中的二轴加工车削槽功能，对槽进行首件试切完成粗加工和精加工，并后置处理生成批量生产零件加工的程序，软件能够提前预见潜在问题，如刀具碰撞、过切欠切等，并及时调整参数加以避免，极大地提高了试切的成功率。不仅缩短了零件加工调试周期，还保证了零件的尺寸精度。在数控车加工大批量零件过程中，将人工干预降至最低限度，机床只需按照生成的程序自动化运行，稳定产出合格的高质量零件产品，显著提高了生产加工效率，为企业在激烈的市场竞争中赢得先机，实现降本增效的双赢局面。

参考文献：

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[4] 数控加工手册[M].张定华.北京：化学工业出版社.2013.402-404.

[5] 莫建彬.首件加工数控车加工中的应用与研究[J].机械管理开发.2024