基于CAXA制造工程師軟件的復(fù)雜曲面數(shù)控加工

摘 要：CAXA制造工程師通過加工管理窗口集成、自動(dòng)編程相關(guān)的基本設(shè)置以及加工軌跡生成，為后置處理，即將加工軌跡轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床的可識(shí)別G代碼指令并生成加工工藝單奠定基礎(chǔ)。文章介紹CAXA制造工程師環(huán)境下的模型、毛坯和刀具等基本設(shè)置，以及加工軌跡的生成與仿真檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：CAXA；工程師軟件；曲面；數(shù)控加工

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）14-0128-02

每一種加工軌跡的生成方式，并不是孤立的，而是有聯(lián)系的，可以互相配合，互相補(bǔ)充，要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，綜合考慮，以保證加工出合格零件為最終目的。要學(xué)好數(shù)控加工自動(dòng)編程，除了熟練掌握本軟件所提供的各種軌跡生成功能外，更重要的是要有一個(gè)扎實(shí)的機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠綜合應(yīng)用有關(guān)刀具、夾具、工藝和材料等相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)正確的分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。要說明的一點(diǎn)是，所謂粗加工功能和精加工功能，僅僅指生成的軌跡是單層的還是多層的，并非完全針對零件的某道工序，比如，用區(qū)域式粗加工功能，完全可以生成某個(gè)零件平面區(qū)域的粗加工以及精加工軌跡，加工精度和加工余量是通過設(shè)置加工參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。CAXA制造工程師2006軟件只是一個(gè)工具，要想得到一個(gè)正確的零件數(shù)控加工軌跡和G代碼，首先要求操作者有一個(gè)正確的加工工藝思想，所謂自動(dòng)編程就是將操作者的工藝思想通過CAD/CAM軟件轉(zhuǎn)換成加工軌跡和G代碼的過程。

1 CAXA制造工程師軟件

CAXA制造工程師軟件是在Windows環(huán)境下運(yùn)行CAD/CAM一體化的數(shù)控加工編程軟件。軟件集成了數(shù)據(jù)接口、幾何造型、加工軌跡生成、加工過程仿真檢驗(yàn)、數(shù)控加工代碼生成、加工工藝單生成等一整套面向復(fù)雜零件和模具的數(shù)控編程功能。CAXA制造工程師新版本新增加的功能與原來的名稱有重復(fù)的在后面加數(shù)字以示區(qū)別，但原功能在該版本中還繼續(xù)保留。由于此軟件投資少，易學(xué)好用的特點(diǎn)，目前，廣泛應(yīng)用于各類職業(yè)院校和普通院校，是全國數(shù)控技能大賽指定的專用CAD/CAM軟件之一，也是前兩屆數(shù)控大賽參賽選手應(yīng)用最多的軟件，它的基礎(chǔ)性和概念性為學(xué)生更快更好地掌握其他CAD/CAM軟件起到了很好的橋梁作用。同時(shí)，隨著CAXA制造工程師軟件功能的不斷增強(qiáng)，在各類企業(yè)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

CAXA制造工程師的用戶界面和其他Windows風(fēng)格的軟件一樣，各種應(yīng)用功能通過菜單和工具條驅(qū)動(dòng)；狀態(tài)欄指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作并提示當(dāng)前狀態(tài)和所處位置；特征/軌跡樹記錄了歷史操作和相互關(guān)系；繪圖區(qū)顯示各種功能操作的結(jié)果；同時(shí)，繪圖區(qū)和特征/軌跡樹為用戶提供了數(shù)據(jù)的交互功能。CAXA制造工程師2006工具條中每一個(gè)按鈕都對應(yīng)一個(gè)菜單命令，單擊按鈕和單擊菜單命令的操作是同效的。

2 CAXA制造工程師軟件的自動(dòng)編程

2.1 選擇基準(zhǔn)面

每操作一次只能生成一個(gè)輪廓特征，一個(gè)零件是由多個(gè)特征累加而成的，每生成一個(gè)輪廓特征必須經(jīng)過三個(gè)步驟：確定基準(zhǔn)面，繪制草圖，生成特征。基準(zhǔn)面，簡單地說就好比建筑物必須依托的地面一樣，它是草圖必須依賴的一個(gè)平面?；鶞?zhǔn)面平行于零件的投影面?；鶞?zhǔn)面可以是特征樹中已有的坐標(biāo)平面，也可以是實(shí)體中生成的某個(gè)平面，還可以是構(gòu)造出的平面。例如，我們選擇特征樹中的“平面XY”為零件的基準(zhǔn)面。選擇基準(zhǔn)面后，進(jìn)行的下一步工作是繪制草圖。

2.2 繪制草圖

草圖也稱輪廓，相當(dāng)于建筑物的地基，是指生成三維實(shí)體必須依賴的封閉曲線組合，即為特征造型準(zhǔn)備的一個(gè)平面圖形，也就是圖中所示的投影圖形。在繪制草圖的時(shí)候，可以通過兩種方法進(jìn)行。第一，先繪制出圖形的大致形狀，然后通過草圖參數(shù)化的功能，對圖形進(jìn)行修改，最終獲得所期望的圖形。第二，也可以直接按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸精確作圖。實(shí)踐過程中可以根據(jù)各自的喜好選擇使用。所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)（也叫尺寸驅(qū)動(dòng)），指在對圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化修改時(shí)，還滿足圖形的約束條件，亦即保證連續(xù)、相切、垂直、平行等關(guān)系不變。對于零件設(shè)計(jì)的草圖參數(shù)化分為兩種情況：一是在草圖環(huán)境下，對繪制的草圖標(biāo)注尺寸以后只需改變尺寸的數(shù)值，二維草圖就會(huì)隨著給定的尺寸值而變化，達(dá)到最終期望的精確形狀；二是對于生成的實(shí)體無論造型操作到哪一步，通過對尺寸驅(qū)動(dòng)草圖，可以相應(yīng)地更新實(shí)體的相關(guān)尺寸和參數(shù)，自動(dòng)改變零件的大小，并保持所有的特征和特征間的相互關(guān)系不變，重新生成造型的形狀。特征參數(shù)化是指對生成的實(shí)體通過修改特征生成過程中的任意參數(shù)，可以相應(yīng)地更新造型的相關(guān)尺寸和形狀，自動(dòng)改變零件的外形，并保持所有的特征間的相互關(guān)系不變。

2.3 實(shí)體特征造型

特征是建構(gòu)實(shí)體模型的基礎(chǔ)，實(shí)體模型就像建筑物一樣，是由許多特征組合起來形成的。建構(gòu)實(shí)體模型就好像玩橡皮泥一樣，可以隨意地在橡皮泥上添加一塊或者除掉一塊。特征與此非常類似，有增料特征、除料特征等，每一項(xiàng)特征都十分簡單易用。

2.4 用戶界面

用戶界面（簡稱界面）是交互式繪圖軟件與用戶進(jìn)行信息交流的中介。系統(tǒng)通過界面反映當(dāng)前信息狀態(tài)將要執(zhí)行的操作，用戶按照界面提供的信息做出判斷，并經(jīng)由輸入設(shè)備進(jìn)行下一步的操作。零件設(shè)計(jì)的用戶界面和其他Windows風(fēng)格的軟件一樣，各種應(yīng)用功能通過菜單和工具條驅(qū)動(dòng)，狀態(tài)欄指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作并提示當(dāng)前狀態(tài)和所處位置，特征樹記錄了歷史操作和相互關(guān)系，繪圖區(qū)顯示各種功能操作的結(jié)果，同時(shí)，功能區(qū)和特征樹為用戶提供了數(shù)據(jù)交互的功能。零件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自定義界面布局。

3 CAXA制造工程師軟件在復(fù)雜曲面數(shù)控加工中

的應(yīng)用

3.1 建立曲面模型及自動(dòng)編程

加工曲面可以采用的加工策略主要包括以下幾個(gè)方面：

①等高線精加工?？梢杂眉庸み吔绾透叨认薅ㄜ壽E范圍，進(jìn)行局部等高加工；可以自動(dòng)在軌跡尖角拐角處增加圓弧過渡，可以通過輸入角度控制對平坦區(qū)域的識(shí)別；并可以控制平坦區(qū)域加工的先后次序。程序大小為33.1 k。

②參數(shù)線精加工。是針對規(guī)則曲面的一種加工方式。平行走刀，走刀的方向與面的參數(shù)線方向有關(guān)。程序大小為364 k。

③掃描線精加工。該功能增加了自動(dòng)識(shí)別豎直面并進(jìn)行補(bǔ)加工的功能，同時(shí)可以在軌跡尖角處增加圓弧過渡，適用于高速加工。程序大小為500 k。

④三維偏置精加工。生成在三維空間等間距的刀具軌跡，保證加工結(jié)果有相同的殘留高度。程序大小為500 k。

⑤輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工。輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工，不需要造型，只需作出輪廓線和導(dǎo)動(dòng)線即可，按照輪廓線和導(dǎo)動(dòng)線加工，但每層是單軌跡。程序大小為5.44 k。

3.2 加工策略的選擇及參數(shù)的設(shè)定

上述幾種加工方式中，如果加工參數(shù)選用不合適，刀軌會(huì)在層與層之間互為反方向加工，或者是在層與層之間出現(xiàn)不必要的抬刀軌跡，造成曲面上在換向處或者在進(jìn)退刀處產(chǎn)生一條很明顯的由上而下的殘留刀痕，可以說，這種現(xiàn)象在自動(dòng)編程加工中很容易出現(xiàn)，尤其是在高速加工中更容易產(chǎn)生。

根據(jù)以上理論分析和使用幾種加工策略生成的數(shù)控程序，在實(shí)際加工加工中的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果如下：此類規(guī)則曲面的加工，使用輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工策略比較合適。因?yàn)檫@種加工方法簡化了造型的過程、產(chǎn)生的軌跡有序、加工出的曲面表面質(zhì)量高、機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)及程序傳輸時(shí)間短等。

3.3 輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工參數(shù)的設(shè)定

①設(shè)定合理的截距，數(shù)值太小則刀軌過于密急；影響加工效率，數(shù)值太大則加工出的曲面粗糙。數(shù)值大小是曲面參數(shù)線上的弧長距離。

②選擇合理的走刀方式。選擇單向較好，采用這種走刀方式在加工時(shí)機(jī)床運(yùn)行非常平穩(wěn)，采用往復(fù)式時(shí)機(jī)床在換向時(shí)抖動(dòng)得很嚴(yán)重，尤其是在高速加工時(shí)；拐角過渡方式選擇圓弧方式，機(jī)床運(yùn)行較平穩(wěn)。

③有時(shí)需選擇合理的切入切出方式，如圓弧切人切出，不要直接于工件，這樣會(huì)提高曲面的加工質(zhì)量。

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