引言

在基于液壓驅動的運動機械中，液壓系統龐大，管路繁雜，除了使用標準液壓接頭外，還有一些非國標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、集流塊與高壓管路間的核心連接件，其品質好壞直接影響相關液壓部件的動作穩定性、壓力承載可靠性等性能，其加工周期也直接影響整機裝配與銷售檔期。企業目前的加工方法主要是靠普通車床或數控車床和車削中心利用手工編程來加工，效率較低，利用CAD/CAM/CNC技術實現接頭的模塊化設計和快速制造是保證其質量品質和加工效率的有效途徑。本文對基于CAD/CAM/CNC 的液壓接頭設計與制造進行了較全面的研究，實現了液壓接頭的CAD/CAM，從而適應本行業高技術的激烈競爭。

1 系統總體框架

液壓接頭設計與制造的CAD/CAM/CNC系統的總體框架是:首先，將液壓非標液壓接頭模塊化；然后對液壓接頭進行CAD設計，從參數化設計角度研究液壓接頭菜單開發、數據庫設計、模塊合成;在此基礎上，研究液壓接頭的工藝路線規范化、切削要素的標準化工作，在深入研究EdgeCAM的后置處理器基礎上，對其進行改造，建立適合公司機床數控系統的新模板，從而由EdgeCAM 衍生實用NC代碼;最后，通過對NC代碼的安全性復核、CNC與PC間的實時傳輸及數控機床快速加工的研究與運用，實現從設計到制造的過程自動化。

2 系統的主要功能模塊設計實現

(1)液壓接頭的模塊化組合和參數化設計由于液壓接頭的幾何形狀相似，大小尺寸不同，所以可以利用參數化特征造型方法來實現輸入參數得到不同尺寸的零件，使設計的零件具有可重復使用性。液壓接頭的參數化設計是采用尺寸參數驅動法來實現的，用戶在設計界面中輸入參數，系統將這些參數賦值給零件模板中相應的變量，在程序代碼中調用相應的函數進行尺寸驅動，獲得該尺寸規格的零件，實現參數化建模。在對企業目前自制的百余種液壓接頭零件根據接頭形式進行分類中，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象進行CAD/CAM，以四方類接頭為例，將其主體分為有螺孔、無螺孔，子體分為外錐密封和內錐密封等，將主體和子體組合即可形成各種接頭形式。

對液壓接頭進行CAD 設計是采用Solidworks為開發平臺，利用VB 對其進行二次開發。尺寸參數驅動實施的前提是要對每一個組成模塊構建圖形的參數化模型，建立圖形結構參數和幾何參數之間的關系，并在建模的過程中完成對接頭模塊零件圖形的幾何約束和尺寸約束定義，同時還要對要驅動的特征尺寸定義相應的變量，以便程序訪問。然后在SolidWorks 的界面中添加一個快捷按鈕，可以直接在SolidWorks 中執行用戶由VB 編譯的可執行程序。

用戶選擇合適的接頭類型后，在后續參數輸入界面輸入參數，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，形成一個加工用的液壓接頭。

(2) 液壓接頭NC代碼生成生

數控編程是數控技術應用中的重要環節，生成符合加工要求的液壓接頭NC 代碼，必須確定規范化的工藝路線，這一過程主要考慮質量、效率、成本，同時兼顧刀具種類少、機床精度損傷小、工序安排簡潔合理。根據數控機床刀塔布局、刀具參數，選擇適當的切削要素對機床、刀具的壽命影響很大，同時結合實踐給定加工參數并予以標準化，盡力將機床與刀具損艷降到較低點。液壓接頭的加工是在對EdgeCAM 軟件的自動編程深入研究的基礎上進行的，利用EdgeCAM的內嵌功能，將其嵌入SolidWorks 中，從而成為該CAD軟件界面中的一個啟動CAM的快捷圖標，將EdgeCAM作為SolidWorks的一個功能使用，這樣參數化設計和CAM都基于同一個軟件，軟件使用的方便性得到了很大提高。

實現CAM 必須生成NC代碼，不同的數控系統有不同的NC 代碼格式，這就需要CAM 能夠通過圖形和刀路自動編譯產生不同的NC 代碼，其編譯產生代碼的部分通常稱后置處理器，因EdgeCAM自帶的FANUC0i-T(B型)二軸車數控后置處理器與企業的FANUC0i-T(A型)數控系統代碼格式有所不同，需要進行程序試驗比照，必須進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中建立針對具體數控機床的NC代碼后處理器時，不需要與SolidWorks 聯系，只需運行EdgeCAM 程序包中的獨立組件Code Wizard(代碼編譯向導)，在Code Wizard 功能中即可建立。

(3)NC代碼校驗、傳輸與CAM

在參數化設計完成后，將設計好的接頭零件Solidworks由文件，利用EdgeCAM 三維模擬仿真器對編寫的工藝過程布排合理性進行初步校驗，隨后衍生了NC代碼。進一步通過第3方軟件讀NC代碼，進行代碼反求刀路校驗工作，這是上機實際加工前一個必要的安全性復核步驟，利用仿真、傳輸軟件CIMCO 對衍生的NC 代碼進行刀路模擬校驗。

由于該軟件是基于刀具運動包絡體的計算方法，刀具包絡體是刀具運動所經過空間的點集，通過逐行讀取NC 代碼、同步走出刀尖點軌跡來實時性反求校驗刀路，如同數控系統自帶的二維刀路模擬系統，非常逼真地反映了加工情況，因此可以作為實際加工前的代碼安全性復核手段。目前，CNC系統功能已非常完善，通過RS-232口接收或發送加工程序，有很多CNC系統可實現一邊接收程序一邊進行NC加工，構成DNC(Direct Numerical Control)。

本文在研究過程中，針對一對一的單路DNC展開多次試驗，對通訊端口進行設置，并且對機床RS-232端口和PC之間數據線進行了改造，實現了基于CNC 的實時傳輸與快速加工。下圖所示零件為本系統設計并生成NC 代碼，由寧夏長城機床廠生產的CK7815D 數控機床加工好并表面氧化處理的液壓接頭零件。

3 結語

本文在分析非標被壓接頭的設計結構與加工制造的基礎上，利用三維設計軟件SolidWo巾和CAM軟件EdgeCAM 的開發平臺，基于CAD/CAM/CNC 技術，運用模塊化設計、參數化建模等方法對液壓接頭自設計、制造、加工的過程自動化方向進行了全面地深入探索和研究，不僅針對非標液壓接頭多品種小批量提出了切實可行的解決策略，在設計和制造實踐中予以施行，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。