基于CAXA制造工程師的復(fù)雜曲面造型及數(shù)控加工

苑衛(wèi)東 馮憲琴

摘要：以吊鉤為例，介紹了利用集CAD、CAM于一體的軟件CAXA制造工程師對(duì)吊鉤從造型設(shè)計(jì)到代碼生成、仿真加工等一體化的全面解決方案，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工。

關(guān)鍵詞：CAXA制造工程師 復(fù)雜曲面造型 數(shù)控加工

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的普及及程度不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國得到日益廣泛的使用，越來越多的零件采用數(shù)控加工。而如何進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制成為影響數(shù)控加工效率及質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的手工編程方法還是基于2D的平面圖零件，由程序員直接以G代碼進(jìn)行編程，此過程比較復(fù)雜、煩瑣，易于出錯(cuò)，難于檢查，不能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。故只適合于一般簡單零件的加工，如直線、平面、回轉(zhuǎn)體及點(diǎn)位加工。而對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，其形狀多為自由曲面，采用手工編程方法基本上無法編制其加工程序。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行圖形交互的自動(dòng)編程方法日趨成熟。這種方法速度快、精度高、使用方便、便于檢查。CAXA制造工程師就是集CAD/CAM技術(shù)于一體的軟件。它提供了從造型設(shè)計(jì)到形成刀路軌跡、仿真加工、代碼生成、代碼檢驗(yàn)、機(jī)床設(shè)置、工藝清單等全面解決方案，已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。用戶可以利用該軟件生成零件的NC程序，輸入至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。其加工過程為：

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圖1 加工過程

現(xiàn)以吊鉤為例，介紹利用CAXA ME軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的造型及其數(shù)控加工。

1 吊鉤凹模型腔的三維造型過程

1.1 吊鉤凹模型腔的造型思路 吊鉤的主體部分曲面形狀比較復(fù)雜，根據(jù)其曲面特點(diǎn)，無法采用實(shí)體造型，而采用CAXA制造工程師中的曲面造型功能來做：其柄部的平

面采用直紋面中的曲線+曲線功能做；吊鉤尖端部位的球

面采用旋轉(zhuǎn)面來做；中間部位的復(fù)雜曲面則由網(wǎng)格面來做，采用這幾種曲面來造型的好處就是加工時(shí)可以一同用參數(shù)線加工。整個(gè)造型過程分為生成輪廓線、生成六條截面線和生成各部分曲面三個(gè)步驟。其中六條截面線包括圖紙給定的四個(gè)截面圖輪廓線、吊鉤柄部的55半圓弧和吊鉤尖端部位的工藝圓弧。最后以三張曲面的上口為準(zhǔn)，利用實(shí)體造型構(gòu)造一個(gè)立方體實(shí)體，再利用曲面裁剪功能把三張曲面所包括的實(shí)體部分裁剪掉，就可得到要求的吊鉤凹模型腔。

1.2 吊鉤凹模型腔的曲面造型 ①生成輪廓線和截面線。 根據(jù)圖2所示平面圖繪制吊鉤的輪廓線和截面線。為滿足銑削工藝要求，將輪廓線繪制在xoy坐標(biāo)平面內(nèi)，即將工件坐標(biāo)系設(shè)定在零件上表面。先以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心繪制￠85的圓，然后根據(jù)圖中內(nèi)切、外切的幾何關(guān)系繪制出全部輪廓線和截面線。將截面線通過組合、旋轉(zhuǎn)90°生成網(wǎng)格面，使之成為另一方向的曲線，從而得到構(gòu)造網(wǎng)格面所需的全部線架。

②生成網(wǎng)格面。 調(diào)整視圖，單擊“網(wǎng)格面”按鈕，依次拾取U向截面線（即兩根輪廓線），右鍵確認(rèn)；再依次拾取V向截面線（即六根90°方向的截面線），右鍵確認(rèn)，則可生成網(wǎng)格面。

③生成旋轉(zhuǎn)面和直紋面。吊鉤柄部平面可用直紋面“曲線+曲線”來做，尖端部分球面可用旋轉(zhuǎn)面來做，這樣做的好處是在加工時(shí)，這三張面（直紋面、網(wǎng)格面、旋轉(zhuǎn)面）可一同用參數(shù)線來加工。

將其余線框全部隱藏掉，得到吊鉤的曲面造型。

1.3 曲面與實(shí)體混合造型 以構(gòu)成吊鉤曲面的三張曲面的開口面為準(zhǔn)，通過實(shí)體造型生成一個(gè)立方體（包圍住三張曲面），再通過曲面裁剪，以三張曲面為界，把曲面內(nèi)部不需要的實(shí)體部分裁剪掉，就得到所需要的吊鉤凹模型腔，如圖3所示。

2 吊鉤模具的加工及刀具軌跡

根據(jù)吊鉤模具曲面形狀的特點(diǎn)，用普通銑床難以進(jìn)行粗精加工，故采用CAXA制造工程師，通過設(shè)置參數(shù)，產(chǎn)生刀具軌跡，仿真加工檢驗(yàn)后，生成G代碼，再輸入數(shù)控銑床完成加工。加工方式為粗加工采用等高線粗加工方式，可以盡快去除毛坯材料，為精加工留有1mm的加工余量；精加工采用參數(shù)線精加工方式進(jìn)行。

2.1 定義毛坯和設(shè)置加工邊界 定義毛坯。選擇毛坯定義方式為“參照模型”，根據(jù)模型確定毛坯的大小，毛坯為一個(gè)立方體。設(shè)置加工邊界。單擊“相關(guān)線”命令，選擇“實(shí)體邊界”，移動(dòng)鼠標(biāo)拾取吊鉤凹模的邊界，生成加工邊界。

2.2 生成粗精加工刀具軌跡 ①等高線粗加工及刀具軌跡。粗加工方式選擇“等高線粗加工”，設(shè)置粗加工的各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)提示拾取毛坯和加工邊界，確認(rèn)后可得出粗加工軌跡，如圖4所示。②參數(shù)線精加工及刀具軌跡。 精加工方式選擇“參數(shù)線精加工”，設(shè)置精加工的各項(xiàng)參數(shù)，行距定義方式選為“殘留高度”方式，高度值為0.01，點(diǎn)擊確定。根據(jù)提示，移動(dòng)鼠標(biāo)依次拾取吊鉤型腔內(nèi)部的各段被加工曲面，拾取結(jié)束，右鍵確認(rèn)；再以吊鉤柄部邊界處一端點(diǎn)為下刀點(diǎn)，選擇進(jìn)刀方向，確認(rèn)，稍后可得出精加工軌跡，如圖5所示。

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圖4 粗加工走刀軌跡 圖5 精加工走刀軌跡

3 刀具軌跡仿真檢驗(yàn)與修改

對(duì)“等高線粗加工”和“參數(shù)線精加工”軌跡分別進(jìn)行仿真加工。仿真過程中，可選擇刀具走刀速度，以便更好的觀察加工過程和加工效果。

對(duì)于用哪一種方式來生成刀具軌跡，要根據(jù)工件的具體情況，不能一概而論。對(duì)于本例吊鉤曲面來講，選用參數(shù)線進(jìn)行精加工效果較好。最終加工效果的好壞，是一個(gè)綜合性的問題，它決定于工件、刀具的材料，參數(shù)的設(shè)置、工藝安排、機(jī)床特性等，各種因素配合好了才能加工出符合要求的工件。

4 G代碼和工藝清單的生成

4.1 生成G代碼 分別拾取“等高線粗加工”和“參數(shù)線精加工”軌跡，對(duì)其生成G代碼文件。

4.2 生成加工工藝清單 選中全部“刀具軌跡”，右擊，選擇“工藝清單”，輸入零件名稱、編號(hào)等信息，選擇文件保存路徑，單擊框中“生成清單”，稍后，彈出“HTML”格式的工藝單文件，關(guān)閉，單擊確定，則工藝清單生成。

至此，吊鉤從造型到生成G代碼、工藝清單全部過程已做完，再選擇好相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床和操作系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)把G代碼、工藝清單輸入機(jī)床，先進(jìn)行對(duì)刀，然后就可以開始加工了。

5 結(jié)語

用CAXA軟件進(jìn)行建模和自動(dòng)編程，能大大減少編程人員的工作量，省時(shí)省力，尤其是對(duì)復(fù)雜模具的程序編制，其優(yōu)勢更為明顯，編程結(jié)果更為直觀，通過仿真檢驗(yàn)和刀具干涉檢查，使程序編制一次成功，節(jié)省了大量的機(jī)床調(diào)試和試切時(shí)間，既提高了加工效率，又保證了零件的表面質(zhì)量和加工精度，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：苑衛(wèi)東（1970-），男，河北張家口人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：CAD/CAM，機(jī)械制造工藝。