象棋的数控加工研究
轻工科技
2021 年第37卷第 11 期LIGHT IN D U ST R Y SCIENCE AND T E C H N O L O G Y Vol.37,No. 11,2021
象棋的数控加工研究
马聪玲
(陕西理工大学，陕西汉中723000)
【摘要】通过对象棋的加工工艺分析，有效地解决象棋数控车削加工、数控铣削加工过程中的问题阐述利用数控机床加 工象棋的整个工艺过程，重点研究解决汉字的设计，详细给出MASTERCAM CAD/CAM软件的使用过程，为学校和不同企业实际的 应用提供参考..
【关键词】象棋；数控车床；数控铣床；加工
【中图分类号】T H162;T G659 【文献识别码】A【文章编号】2〇95_3518(2〇21)11-48_〇3
目前陕西理丁.大学机械T.程训练范围檀盖了所有工科类专 业以及部分相关专业，现代制造技术实训内容更是其中必不可 少的部分现代制造技术实训的主要目的是使学生获得基本知 识和基本技能，提高学生T.程实践动手能力以及分析问题、解决 问题的能力，启发学生创新思维，培养学生具有一定的创新能 力，能更好地适应社会生产发展的需要。
结合教学实际情况，存在的问题是学生实训时机械工程意 识不强，零基础，没有任何丁艺基础，学习自觉性差，学生抱怨老 师讲的理论知识枯燥乏味针对数控教学中，如何应用有限的 教学条件来提高和改善教学质量，让压迫式的学习方式，转变成 A主学习的方式，笔者提出了项目式教学，就如何利用现有设备 广州数控系统的数控车床以及FANUC系统的数控铣床实现象 棋的加T:
1象棋零件图形
中闰象棋有悠久的历史，我们今天所看到的象棋是前人智 慧的结晶，此次象棋的设计遵循人们的传统习惯，外形仍和现代 象棋一样，但是，此次设计也有创新之处，从制作象棋的材料来 看，改变了市面上出现的木制棋子，而是选用金属材料作为原材 料另外，尺寸设计也综合考虑了多种因素，还有字体的美观度 等，最终将棋子尺寸定为直径38mm，字体华文楷体，大小28mm，字体深度-I.Omm，棋子厚度丨O m nu.如下图1所示c,
10
图1中国象棋2加工工艺分析
象棋的组成可以看成是两部份的结合，即象棋外形和象棋 上面的不同汉字。因此对其分析可从两方面进行。
首先，分析象棋的外形为传统的腰鼓状=腰鼓状的圆弧正 是象棋的独特之处，也是在实际加工中较难加T.的一项：在象 棋的整个加工中具体的尺寸没有严格的公差要求，只要保证直 径尺寸和厚度尺寸。其次，是象棋上的汉字。除了要考虑字
体 的大小.还要考虑采用华文行楷字体
3确定加工方案
3.1象棋的加工方案
分两步，要使用两种不同的数控机床进行加丁.象棋的外 形轮廓，可使用数控车床进行加T.：先在车床上加丁.出腰鼓状 的棋子外形，再利用切断刀将其切断成一粒粒的棋子：象棋上面的汉字，需要将其刻到正面，敁然不能使用数控车 床，则要选用数控铣床或者加T.中心进行加I.,
3.2数控铣削汉字技术研究
为实现数控铣床加T.汉字，必须对所加T.的汉字进行矢M 化设计，将字符的形状大小尺寸转化为矢t t化的加T.数据.才能 实现机床数控加工。同时机床需要多轴联动控制刀具的运行轨 迹.实现机床的自动铣削汉字：因此我们进行了以下技术研究 T.作。
根据设计要求，汉字字符均采用华文行楷，字体高度28，加 T.材料硬铝2A12。
对于汉字的矢量化过程，原则上说可以使用各种CAD软件 来完成。但是由于客观上大部分人掌握的软件不多，而且各个 软件都有它的特殊性以及适用领域，这就造成了建模的诸多不 便。对于本项目研究要求的字体，笔者分别给出了CAXA制造 T程师、MASTERCAM两款软件CAD建模的过程.
CAXA制造工程师是一款在Windows环境下运行的CAI)/ C A M—体化数控加T.编程软件.软件集成了数据接口，几何造 型，加T.轨迹生成，加T.过程仿真校验，数控加T.代码生成，加T.
【第一作者】马聪玲（！976—)，女.决西渭南人，研究方向：机械工程
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工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。CAXA制造T.程师软件建模汉字，如果直接打开后没有项目研 究要求的汉字字体，可以借助百度下载华文行楷，将它安装在C: Windows\fonts，这样就可完成该字体在软件下的添加。华文行 楷字体到后，无论怎样的选项汉字都不能快速实现居于圆心：经过多次尝试，笔者发现車”可以帮助我们到汉字的中心。因为“車”在华文行楷字体下，形成的是四方框.连接对角线，就 确定了汉字中心。克服以上问题，很快便可绘制出矢量汉字。打开CAXA制造T程后，依次选择“造型文字”后，在弹出的 立即菜单中，设置选项为“中心”，单击坐标系原点，设置字体为 “华文行楷”，字形“规则”，字高“28”，键盘输人“马”，确认后，单 击造型几何变换平移，设定立即菜单选项“偏移量”“移动”“dy= 10.5”其他默认，左键框选马字，完成平移。CAD设计完成象棋子 “马”。如图所示CAXA制造T.程师字体造型图2:
图2 CAXA制造工程师造型
MASRERCAM是美国CNC Software Inc.公司开发的基于P C 平台的CAD/CAM。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体 素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等多种功能于一 身=它具有方便直观的几何造型MASTERCAM建模：首先设 置文字为俯视图，依次选择“绘图—圆弧―圆心+点”，按照提示 输人圆心点为“原点”，输人半径值“19”点击确定按钮“V”。依次 选择“视图”适度化；选择“绘图—绘制文字”并设置好相应的文 字属性，字体类型“华文行楷”，字体对齐方式“水平”，字体高度 “28”，输人相应的文字内容，点击确定按钮“V”。输入文字起点 坐标“-14，-8.31”，得到如图3所示。每一个汉字间距为28mm。依次选择“转换平移”，框选全部汉字，单击“结束键”(绿 球状），弹出如下平移对话框，设置为“移动”“A x，-28.0”，设好 后，单击确定按钮“V”，这样“车”字就位于圆的中心了。其他汉 字一样，移动28的整数倍，可
调整移动到圆的中心。见图3 MASTERCAM汉字造型。
图3 M ASTERCAM汉字造型
MASTERCAM对系统运行环境要求较低，使用户无论是在 造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加T.操作中，都 能获得最佳效果：MASTERCAM提供400种以上的后置处理文 件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经 后置处理后便可生成加T.程序。同时，该软件的雕刻计算功能 强大；基于上述理由，后面分析时我们主要采用了 M ASTERCAM 软件，进行汉字的数控加T.:
4象棋的实体加工
象棋的加T.分为两大T.序，第一 T.序使用数控车床，第二T.序使用数控铣床，具体数控加丁_丁.艺安排如表1。
表1象棋数控加工工艺安排
序号r.ir-所选设播所用刀A所用夹具及K它
1
乍端而.车脚弧数拧Z丨：床90度外阀刀具一：爪妗盘
切断数控乍床切槽刀具
2
株削T.件上表面数控铣床面铣刀具63三爪卡盘、窀块
铣削汉字数控铣床雕刻刀具
4.1数控车削加工象棋子毛坯
首先，打开机床，回零；用三爪卡盘夹住铝合金棒料，保证T.件伸出部分长度大于等于20mm；试切T.件对刀，程序原点设在 工件右端面正中心。1号刀具对刀，手动方式下，调用1号刀具，主轴正转，沿着Z轴方向试切工件外圆，沿着-Z方向退出刀具，停止主轴。测量所试切T.件的外圆直径，例如39.08，在对应的 刀具偏置地址001序号中输入“X”，“39.08”，点击“输人input”按 键；启动主轴，试切端面，在对应的刀具偏置地址001序号中输人 “Z”，“0”，点击“输入input”按键。2号刀具与丨号刀具的方法类 似，试切外圆后在对应的刀具偏置地址002中输人测量直径后，Z 方向设置时应输人左刀尖到端面的有向距离值；编辑模式下，输 人程序，参考程序如下：
O V W i j
N0010T0101
N0020G99M03S500j
N0030G O O X100Z O j
N O04O G O O X42j
N0090G01Z-14.5j
N0100G01X42.0j
N O l l O G O O Z O j
N0120G01X34.0F0.08i
N0170T0202j
N0180G00Z-13.5j
N0190X42.0j
N0200G01X-1F0.05}
N0210G00X100i N0050G01X-l F0.08j N0130G03Z-10.0R70,N0210Z100i
N0O6O G O O X36}N0140G01Z-14.5j N0220T0200i
N0070G01Z O F0.08)N0150G01X42;N0230M30:
N0080G O3Z-i0.0R8.0j N016O G00X100Z100;%
数控铣削汉字加工
4.2
铣削工件上表面。32个象棋毛坯加T.后，进行数控铣削，首 先加工象棋上表面。为了保证装夹丁.件时测量基准面不变，采 用三爪卡盘反爪装夹，18x18x80的垫块一个就够了，测量基准设 置为象棋子的下底面。手动铣削上表面.编程铣削上表面都可，程序略。
以凹型文字加工为例分析，把加T.过的象棋毛坯材料上表 面作为基准平面：
依次选择“机床类型铣床默认”。
依次选择“刀具路径“engraving”，在弹出的串联选项中选 择“A区域”，单击车字内部，车字成黄选中状态，单击确定按
钮 “V”，在弹出的engraving对话框中，设定刀具路径参数，主轴转速
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3500，进给速度50，下刀速度25，其余默认,_雕刻加T.参数设定, T件原点设在T.件上表面，切槽深度-1mm，见图4；粗切/精切参 数，点选粗加T.，路径“zigzag”，其余默认，见5图所示；所有T.艺 参数设定完成后，单击确定=其它汉字生成雕刻刀具路径时，选 择“engraving”后，采用默认即可，生成刀具轨迹3
1
i4m r.
MM •
m m 1
—
ECEffi 图4雕刻加工参数 图5粗切精切参数
实体切削验证及后处理G代码生成。为了验证MASTER-
C A M软件所生成的刀具轨迹路线的合理性，可以对所雕刻的平 面文字进行切削验证。具体操作步骤为：在MASTEKCAM中调 用操作管理器功能，依次选择所需检验的刀具轨迹进行仿真加 T.，仿真加T.的效果见图6。关闭模拟功能，选择“Post”(执行后 处理)功能，设置相应后处理参数，即可生成NCI的文件，即该文 字雕刻的G代码程序。
图6轨迹模拟效果
传输程序。利用CF卡或者RS232通信接口将程序传输到 Famu，系统的机床上=我们通过使用数控车床以及数控铣床，一套象棋加丁.完成如图7。
V
图7数控机床加工象棋5结束语
本课题研究集设计与加丁.于一体，课题的研究全面分析了 象棋数控加T.T.艺，重点突出了关于汉字的铣削建模与刀具路
径的生成。通过该课题研究，一方面，为高校《数控技术》课程的 实践提供了一个教学案例；另一方面为企业利用现有数控设备 加T.汉字提供了借鉴，企业可根据自身需求使用不同的软件来 编程加T.，降低企业的生产成本。
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