CAD/CAM设计制造应用实例

引言

　　在基于液压驱动的运动机械中，液压系统庞大，管路繁杂，除了使用标准液压接头外，还有一些非国标液压接头需自行加工，这些自行加工的液压接头类精密零件是液压泵、液压马达、集流块与高压管路间的核心连接件，其品质好坏直接影响相关液压部件的动作稳定性、压力承载可靠性等性能，其加工周期也直接影响整机装配与销售档期。企业目前的加工方法主要是靠普通车床或数控车床和车削中心利用手工编程来加工，效率较低，利用CAD/CAM/CNC技术实现接头的模块化设计和快速制造是保证其质量品质和加工效率的有效途径。本文对基于CAD/CAM/CNC 的液压接头设计与制造进行了较全面的研究，实现了液压接头的CAD/CAM，从而适应本行业高技术的激烈竞争。

　　1 系统总体框架

　　液压接头设计与制造的CAD/CAM/CNC系统的总体框架是:首先，将液压非标液压接头模块化;然后对液压接头进行CAD设计，从参数化设计角度研究液压接头菜单开发、数据库设计、模块合成;在此基础上，研究液压接头的工艺路线规范化、切削要素的标准化工作，在深入研究EdgeCAM的后置处理器基础上，对其进行改造，建立适合公司机床数控系统的新模板，从而由EdgeCAM 衍生实用NC代码;最后，通过对NC代码的安全性复核、CNC与PC间的实时传输及数控机床快速加工的研究与运用，实现从设计到制造的过程自动化。

　　2 系统的主要功能模块设计实现

　　(1)液压接头的模块化组合和参数化设计由于液压接头的几何形状相似，大小尺寸不同，所以可以利用参数化特征造型方法来实现输入参数得到不同尺寸的零件，使设计的零件具有可重复使用性。液压接头的参数化设计是采用尺寸参数驱动法来实现的，用户在设计界面中输入参数，系统将这些参数赋值给零件模板中相应的变量，在程序代码中调用相应的函数进行尺寸驱动，获得该尺寸规格的零件，实现参数化建模。在对企业目前自制的百余种液压接头零件根据接头形式进行分类中，有近70%是主体为四方的液压接头，25%是主体为六方的接头，本次研究以接头主体是四方和六方的液压接头为研究对象进行CAD/CAM，以四方类接头为例，将其主体分为有螺孔、无螺孔，子体分为外锥密封和内锥密封等，将主体和子体组合即可形成各种接头形式。

　　对液压接头进行CAD 设计是采用Solidworks为开发平台，利用VB 对其进行二次开发。尺寸参数驱动实施的前提是要对每一个组成模块构建图形的参数化模型，建立图形结构参数和几何参数之间的关系，并在建模的过程中完成对接头模块零件图形的几何约束和尺寸约束定义，同时还要对要驱动的特征尺寸定义相应的变量，以便程序访问。然后在SolidWorks 的界面中添加一个快捷按钮，可以直接在SolidWorks 中执行用户由VB 编译的可执行程序。

　　用户选择合适的接头类型后，在后续参数输入界面输入参数，分别生成接头的主体和子体零件，通过SolidWorks的装配功能选取所需主、子模块组合成装配体，形成一个加工用的液压接头。

　　2) 液压接头NC代码生成生

　　数控编程是数控技术应用中的重要环节，生成符合加工要求的液压接头NC 代码，必须确定规范化的工艺路线，这一过程主要考虑质量、效率、成本，同时兼顾刀具种类少、机床精度损伤小、工序安排简洁合理。根据数控机床刀塔布局、刀具参数，选择适当的切削要素对机床、刀具的寿命影响很大，同时结合实践给定加工参数并予以标准化，尽力将机床与刀具损艳降到较低点。液压接头的加工是在对EdgeCAM 软件的自动编程深入研究的基础上进行的，利用EdgeCAM的内嵌功能，将其嵌入SolidWorks 中，从而成为该CAD软件界面中的一个启动CAM的快捷图标，将EdgeCAM作为SolidWorks的一个功能使用，这样参数化设计和CAM都基于同一个软件，软件使用的方便性得到了很大提高。

　　实现CAM 必须生成NC代码，不同的数控系统有不同的NC 代码格式，这就需要CAM 能够通过图形和刀路自动编译产生不同的NC 代码，其编译产生代码的部分通常称后置处理器，因EdgeCAM自带的FANUC0i-T(B型)二轴车数控后置处理器与企业的FANUC0i-T(A型)数控系统代码格式有所不同，需要进行程序试验比照，必须进行后置处理器的修改，建立新的FANUCOi-T(A) 后处理模板;表1为部分后处理代码修改表。

　　在EdgeCAM中建立针对具体数控机床的NC代码后处理器时，不需要与SolidWorks 联系，只需运行EdgeCAM 程序包中的独立组件Code Wizard(代码编译向导)，在Code Wizard 功能中即可建立。　　 

　　(3)NC代码校验、传输与CAM

　　在参数化设计完成后，将设计好的接头零件Solidworks由文件，利用EdgeCAM 三维模拟仿真器对编写的工艺过程布排合理性进行初步校验，随后衍生了NC代码。进一步通过第3方软件读NC代码，进行代码反求刀路校验工作，这是上机实际加工前一个必要的安全性复核步骤，利用仿真、传输软件CIMCO 对衍生的NC 代码进行刀路模拟校验。

　　由于该软件是基于刀具运动包络体的计算方法，刀具包络体是刀具运动所经过空间的点集，通过逐行读取NC 代码、同步走出刀尖点轨迹来实时性反求校验刀路，如同数控系统自带的二维刀路模拟系统，非常逼真地反映了加工情况，因此可以作为实际加工前的代码安全性复核手段。目前，CNC系统功能已非常完善，通过RS-232口接收或发送加工程序，有很多CNC系统可实现一边接收程序一边进行NC加工，构成DNC(Direct Numerical Control)。

　　本文在研究过程中，针对一对一的单路DNC展开多次试验，对通讯端口进行设置，并且对机床RS-232端口和PC之间数据线进行了改造，实现了基于CNC 的实时传输与快速加工。下图所示零件为本系统设计并生成NC 代码，由宁夏长城机床厂生产的CK7815D 数控机床加工好并表面氧化处理的液压接头零件。　　 

　　3 结语

　　本文在分析非标被压接头的设计结构与加工制造的基础上，利用三维设计软件SolidWork和CAM软件EdgeCAM 的开发平台，基于CAD/CAM/CNC 技术，运用模块化设计、参数化建模等方法对液压接头自设计、制造、加工的过程自动化方向进行了全面地深入探索和研究，不仅针对非标液压接头多品种小批量提出了切实可行的解决策略，在设计和制造实践中予以施行，效果显著，并为液压接头的快速制造方向开辟一条有效途径。