引言

在基于液壓驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械中，液壓系統(tǒng)龐大，管路繁雜，除了使用標(biāo)準(zhǔn)液壓接頭外，還有一些非國(guó)標(biāo)液壓接頭需自行加工，這些自行加工的液壓接頭類精密零件是液壓泵、液壓馬達(dá)、集流塊與高壓管路間的核心連接件，其品質(zhì)好壞直接影響相關(guān)液壓部件的動(dòng)作穩(wěn)定性、壓力承載可靠性等性能，其加工周期也直接影響整機(jī)裝配與銷售檔期。企業(yè)目前的加工方法主要是靠普通車床或數(shù)控車床和車削中心利用手工編程來(lái)加工，效率較低，利用CAD/CAM/CNC技術(shù)實(shí)現(xiàn)接頭的模塊化設(shè)計(jì)和快速制造是保證其質(zhì)量品質(zhì)和加工效率的有效途徑。本文對(duì)基于CAD/CAM/CNC 的液壓接頭設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了較全面的研究，實(shí)現(xiàn)了液壓接頭的CAD/CAM，從而適應(yīng)本行業(yè)高技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

1 系統(tǒng)總體框架

液壓接頭設(shè)計(jì)與制造的CAD/CAM/CNC系統(tǒng)的總體框架是:首先，將液壓非標(biāo)液壓接頭模塊化；然后對(duì)液壓接頭進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)，從參數(shù)化設(shè)計(jì)角度研究液壓接頭菜單開發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、模塊合成;在此基礎(chǔ)上，研究液壓接頭的工藝路線規(guī)范化、切削要素的標(biāo)準(zhǔn)化工作，在深入研究EdgeCAM的后置處理器基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行改造，建立適合公司機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的新模板，從而由EdgeCAM 衍生實(shí)用NC代碼;最后，通過對(duì)NC代碼的安全性復(fù)核、CNC與PC間的實(shí)時(shí)傳輸及數(shù)控機(jī)床快速加工的研究與運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造的過程自動(dòng)化。

2 系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

(1)液壓接頭的模塊化組合和參數(shù)化設(shè)計(jì)由于液壓接頭的幾何形狀相似，大小尺寸不同，所以可以利用參數(shù)化特征造型方法來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入?yún)?shù)得到不同尺寸的零件，使設(shè)計(jì)的零件具有可重復(fù)使用性。液壓接頭的參數(shù)化設(shè)計(jì)是采用尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶在設(shè)計(jì)界面中輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)將這些參數(shù)賦值給零件模板中相應(yīng)的變量，在程序代碼中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)，獲得該尺寸規(guī)格的零件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。在對(duì)企業(yè)目前自制的百余種液壓接頭零件根據(jù)接頭形式進(jìn)行分類中，有近70%是主體為四方的液壓接頭，25%是主體為六方的接頭，本次研究以接頭主體是四方和六方的液壓接頭為研究對(duì)象進(jìn)行CAD/CAM，以四方類接頭為例，將其主體分為有螺孔、無(wú)螺孔，子體分為外錐密封和內(nèi)錐密封等，將主體和子體組合即可形成各種接頭形式。

對(duì)液壓接頭進(jìn)行CAD 設(shè)計(jì)是采用Solidworks為開發(fā)平臺(tái)，利用VB 對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)。尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)施的前提是要對(duì)每一個(gè)組成模塊構(gòu)建圖形的參數(shù)化模型，建立圖形結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系，并在建模的過程中完成對(duì)接頭模塊零件圖形的幾何約束和尺寸約束定義，同時(shí)還要對(duì)要驅(qū)動(dòng)的特征尺寸定義相應(yīng)的變量，以便程序訪問。然后在SolidWorks 的界面中添加一個(gè)快捷按鈕，可以直接在SolidWorks 中執(zhí)行用戶由VB 編譯的可執(zhí)行程序。

用戶選擇合適的接頭類型后，在后續(xù)參數(shù)輸入界面輸入?yún)?shù)，分別生成接頭的主體和子體零件，通過SolidWorks的裝配功能選取所需主、子模塊組合成裝配體，形成一個(gè)加工用的液壓接頭。

(2) 液壓接頭NC代碼生成生

數(shù)控編程是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中的重要環(huán)節(jié)，生成符合加工要求的液壓接頭NC 代碼，必須確定規(guī)范化的工藝路線，這一過程主要考慮質(zhì)量、效率、成本，同時(shí)兼顧刀具種類少、機(jī)床精度損傷小、工序安排簡(jiǎn)潔合理。根據(jù)數(shù)控機(jī)床刀塔布局、刀具參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)那邢饕貙?duì)機(jī)床、刀具的壽命影響很大，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐給定加工參數(shù)并予以標(biāo)準(zhǔn)化，盡力將機(jī)床與刀具損艷降到較低點(diǎn)。液壓接頭的加工是在對(duì)EdgeCAM 軟件的自動(dòng)編程深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，利用EdgeCAM的內(nèi)嵌功能，將其嵌入SolidWorks 中，從而成為該CAD軟件界面中的一個(gè)啟動(dòng)CAM的快捷圖標(biāo)，將EdgeCAM作為SolidWorks的一個(gè)功能使用，這樣參數(shù)化設(shè)計(jì)和CAM都基于同一個(gè)軟件，軟件使用的方便性得到了很大提高。

實(shí)現(xiàn)CAM 必須生成NC代碼，不同的數(shù)控系統(tǒng)有不同的NC 代碼格式，這就需要CAM 能夠通過圖形和刀路自動(dòng)編譯產(chǎn)生不同的NC 代碼，其編譯產(chǎn)生代碼的部分通常稱后置處理器，因EdgeCAM自帶的FANUC0i-T(B型)二軸車數(shù)控后置處理器與企業(yè)的FANUC0i-T(A型)數(shù)控系統(tǒng)代碼格式有所不同，需要進(jìn)行程序試驗(yàn)比照，必須進(jìn)行后置處理器的修改，建立新的FANUCOi-T(A) 后處理模板;表1為部分后處理代碼修改表。

在EdgeCAM中建立針對(duì)具體數(shù)控機(jī)床的NC代碼后處理器時(shí)，不需要與SolidWorks 聯(lián)系，只需運(yùn)行EdgeCAM 程序包中的獨(dú)立組件Code Wizard(代碼編譯向?qū)?，在Code Wizard 功能中即可建立。

(3)NC代碼校驗(yàn)、傳輸與CAM

在參數(shù)化設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)好的接頭零件Solidworks由文件，利用EdgeCAM 三維模擬仿真器對(duì)編寫的工藝過程布排合理性進(jìn)行初步校驗(yàn)，隨后衍生了NC代碼。進(jìn)一步通過第3方軟件讀NC代碼，進(jìn)行代碼反求刀路校驗(yàn)工作，這是上機(jī)實(shí)際加工前一個(gè)必要的安全性復(fù)核步驟，利用仿真、傳輸軟件CIMCO 對(duì)衍生的NC 代碼進(jìn)行刀路模擬校驗(yàn)。

由于該軟件是基于刀具運(yùn)動(dòng)包絡(luò)體的計(jì)算方法，刀具包絡(luò)體是刀具運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過空間的點(diǎn)集，通過逐行讀取NC 代碼、同步走出刀尖點(diǎn)軌跡來(lái)實(shí)時(shí)性反求校驗(yàn)刀路，如同數(shù)控系統(tǒng)自帶的二維刀路模擬系統(tǒng)，非常逼真地反映了加工情況，因此可以作為實(shí)際加工前的代碼安全性復(fù)核手段。目前，CNC系統(tǒng)功能已非常完善，通過RS-232口接收或發(fā)送加工程序，有很多CNC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一邊接收程序一邊進(jìn)行NC加工，構(gòu)成DNC(Direct Numerical Control)。

本文在研究過程中，針對(duì)一對(duì)一的單路DNC展開多次試驗(yàn)，對(duì)通訊端口進(jìn)行設(shè)置，并且對(duì)機(jī)床RS-232端口和PC之間數(shù)據(jù)線進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了基于CNC 的實(shí)時(shí)傳輸與快速加工。下圖所示零件為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并生成NC 代碼，由寧夏長(zhǎng)城機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7815D 數(shù)控機(jī)床加工好并表面氧化處理的液壓接頭零件。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在分析非標(biāo)被壓接頭的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與加工制造的基礎(chǔ)上，利用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWo巾和CAM軟件EdgeCAM 的開發(fā)平臺(tái)，基于CAD/CAM/CNC 技術(shù)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)、參數(shù)化建模等方法對(duì)液壓接頭自設(shè)計(jì)、制造、加工的過程自動(dòng)化方向進(jìn)行了全面地深入探索和研究，不僅針對(duì)非標(biāo)液壓接頭多品種小批量提出了切實(shí)可行的解決策略，在設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐中予以施行，效果顯著，并為液壓接頭的快速制造方向開辟一條有效途徑。