基于PM2017对复杂零件的自动编程与加工

金 星,李 宇,魏秀琴,魏立帅,覃大鹏,雷梓兴

(1.柳州铁道职业技术学院，广西 柳州 545616;2.华北电力大学北京昌平校区，北京 102206)

0 引言

自动编程通过软件生成加工程序，可信度高，刀具轨迹准确，而且可以利用软件模拟出每一步的加工效果，故自动编程在加工复杂曲面类零件中具有明显的优势[1-2]，因此被广泛应用于各企业和高职、中职院校的实训中，同时高职和中职院校每年举办的技能竞赛也将零件的自动编程与加工作为比赛的重要环节。

零件的自动编程与加工必须经过三个阶段：①准备阶段，利用三维软件对加工零件进行建模；②编程阶段，主要包括设置毛坯、坐标系、刀具、加工策略等；③加工阶段，主要包括工件装夹、对刀、加工。本文以曲面类工件——游戏手柄为加工对象，通过三维扫描仪扫描游戏手柄点云，采用Geomagic Design X软件三维建模[3]，分析加工工艺，并通过PM2017软件对该工件进行自动编程和后处理。

1 游戏手柄模型

本文采用逆向工程的思路，首先对实物(游戏手柄)进行扫描，经过处理以后得到的点云如图1所示。将点云数据导入Geomagic Design X中，然后进行建模。

图1 游戏手柄点云数据

Geomagic Design X主要是针对逆向建模开发的软件，包括点云处理、领域分割、草图绘制及三维建模等功能。传统3D建模软件都是产品从无到有的过程，这个过程一般需要从点画线，再从线画面，从而设计出3D模型，但是Geomagic Design X是在导入点云数据的基础上创建模型。利用Geomagic Design X设计的游戏手柄三维模型如图2所示。

2 零件的加工工艺分析

根据游戏手柄大小选择毛坯为120 mm×80 mm×35 mm的铝锭，铝的牌号为7075，装夹采用普通的平口钳。根据游戏手柄的形状和装夹方式确定加工工艺[4]，先加工游戏手柄的背面，综合考虑到正反加工不好装夹，在背面设计两个小搭子，以方便装夹，所有工序装夹完成以后，将两个小搭子锯掉。游戏手柄正面和背面加工模型如图3所示。

图2 游戏手柄的三维模型

图3 游戏手柄加工模型

3 零件的编程(PM2017)与加工

游戏手柄包含很多不规则形状，手动编程很难实现准确加工，但采用软件编程就比较容易。比较容易入手的编程软件有CAXA、UG、PM等，本文采用PM2017进行自动编程，PM采用完全的Windows风格，界面容易让操作者接受，与很多CAD软件都有数据格式的对接，而且加工过程中对刀具路径全程无过切保护，保证了工件与刀具、工件与机床的安全，同时提供了很多智能的加工策略，使编程更容易着手，使用更方便。采用PM2017编程主要包括查看模型、创建毛坯、建立工件坐标系、创建刀具、选择加工策略，最后进行后处理。

3.1 查看模型

将游戏手柄模型导入，显示模型，查看该工件加工的最小刀具半径，为后面创建合理刀具做好准备[5]。

3.2 创建毛坯和建立工件坐标系

首先创建毛坯尺寸为120 mm×80 mm×35 mm,然后使用毛坯定位工件坐标系，考虑到零件需要两次装夹，为了对刀方便，将工件坐标系设置在毛坯的顶面中心处，如图4所示。

图4 毛坯和工件坐标系的设置

3.3 创建加工所需要的刀具

通过分析加工工艺，该零件的加工共需要3把刀具，由于毛坯材料为铝，故均采用3齿的立铣刀，一次开粗用Φ10的立铣刀，二次局部开粗采用Φ6的立铣刀，半精加工和精加工均采用Φ6的球刀。若有更小的球刀，可在最后用Φ3的球刀走一遍清角精加工，这样效果更好。

3.4 创建加工策略

首先进行第一次粗加工，其目的是尽可能快地清除需要加工的金属部分；然后选择一把直径比开粗刀直径小但不小于开粗刀半径的刀具进行局部二次开粗，主要是清除第一次粗加工残留的金属。粗加工完毕后采用球刀走一遍半精加工，余量留0.1 mm～0.2 mm，最后对各个面进行精加工。在完成每一步后一定要进行刀路的模拟仿真[6]，这样就能及时发现问题，及时修改刀具路径、刀具大小以及加工策略。本文中游戏手柄的正面加工策略如图5、图6所示[7-8]。

图5 游戏手柄粗加工与半精加工路径

背面和正面原理一样。做好刀具路径后进行仿真加工，仿真效果如图7所示。

3.5 后处理

每一步加工策略各自创建一个NC程序，选择与加工机床对应的后处理器，完成程序的输出，然后根据加工机床检查加工程序(此时手动编程的基础就非常重要了)，检查合格，就可以在机床上运行程序，加工出的游戏手柄如图8所示。

图6 游戏手柄精加工路径

图7游戏手柄的加工仿真效果图8最终加工好的游戏手柄

4 结语

在智能制造和柔性制造的大趋势下，零件的外形更新日新月异，产品的复杂程度不断增加，故零件的自动编程与加工技术已经是每一位加工技术人员的必备技能。结合本文所采用的逆向工程思维，合理利用三维建模软件Geomagic Design X或者UG，灵活运用PM加工策略，可以完成很多复杂曲面零件的加工。