基于CAXA多軸加工技術(shù)的研究

王凱君

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基于CAXA多軸加工技術(shù)的研究

王凱君

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)院，福建 漳州 363000）

隨著智能制造技術(shù)的進(jìn)一步推廣，多軸數(shù)控加工技術(shù)正在得到越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用。CAXA制造工程師軟件是數(shù)控多軸加工應(yīng)用廣泛的CAD/CAM軟件。通過(guò)分析凸輪零件圖紙及技術(shù)要求，合理安排數(shù)控加工工藝，利用CAXA制造工程師強(qiáng)大的實(shí)體、曲面造型功能，完成凸輪零件曲面造型，設(shè)置加工參數(shù)完成粗精加工，在仿真加工無(wú)干涉、無(wú)撞刀的情況下，將程序傳送到數(shù)控機(jī)床完成實(shí)體零件加工。

CAXA制造工程師；數(shù)控技術(shù)；多軸加工

多軸加工就是在原有三軸加工的基礎(chǔ)上增加了旋轉(zhuǎn)軸的加工，并與之形成的聯(lián)動(dòng)加工。一方面要計(jì)算出點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，還需要得到坐標(biāo)點(diǎn)上的矢量方向數(shù)據(jù)，這個(gè)矢量方向在加工中通常用來(lái)表達(dá)刀具的刀軸方向，這就對(duì)計(jì)算能力提出了挑戰(zhàn)[1]。CAXA制造工程師軟件作為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的CAD/CAM軟件，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展、創(chuàng)新與完善，使其成為了具備優(yōu)異工藝性的CAD/CAM軟件。在復(fù)雜部件造型多軸數(shù)控加工方面，完全可以與其他知名軟件相媲美。它除了高效易學(xué)，還為數(shù)控加工行業(yè)提供了從設(shè)計(jì)造型到刀路生成、加工仿真等一體化的解決方案。下面利用凸輪造型與加工為例來(lái)CAXA軟件在的實(shí)際應(yīng)用。

1 CAXA制造工程師的自動(dòng)編程

對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計(jì)算機(jī)使用規(guī)定的數(shù)控語(yǔ)言編寫零件源程序，經(jīng)過(guò)處理后生成加工程序，稱為自動(dòng)編程。編制程序時(shí)，編程人員應(yīng)對(duì)圖樣規(guī)定的技術(shù)要求、零件的幾何形狀、尺寸精度要求等內(nèi)容進(jìn)行分析。通過(guò)軟件建模，設(shè)計(jì)加工方法和加工路線，進(jìn)行計(jì)算，獲得刀具軌跡數(shù)據(jù)；然后按數(shù)控機(jī)床規(guī)定的代碼和程序格式，將刀具數(shù)據(jù)軌跡用后置處理器編制成加工程序，并輸入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床自動(dòng)地進(jìn)行加工[2]。

2 CAXA制造工程師在凸輪造型與加工的實(shí)際應(yīng)用

2.1 凸輪的造型設(shè)計(jì)

利用CAXA提供的繪圖指令，如曲線、曲面、特征等造型功能，進(jìn)行三維建模，表達(dá)實(shí)體工件。結(jié)合圖1介紹造型過(guò)程。 

（1）根據(jù)圖紙尺寸繪制出凸輪的基體?？梢圆捎肅AXA實(shí)體造型功能來(lái)完成，利用旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、導(dǎo)動(dòng)除料等方法繪制出凸輪的基體。（2）這里重點(diǎn)闡述凸輪槽的畫法。根據(jù)圖紙給定的凸輪槽中心軌跡線公式，利用公式曲線先畫出軌跡線，按圖2設(shè)置好x=30*sin（t）、y=32*cos（t）、z=32*sin（t）參數(shù)，得到圖3的曲線，再根據(jù)截面形狀，利用曲面導(dǎo)動(dòng)面固接導(dǎo)動(dòng)方法，即可獲得如圖4所示凸輪槽曲面。

圖1 零件模型

圖2 公式曲線

圖3 公式曲線圖

圖4 凸輪槽曲面

2.2 凸輪的加工方案設(shè)計(jì)

數(shù)控加工工藝過(guò)程是利用刀具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程[3]。合理確定數(shù)控加工工藝對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)控加工具有極為重要的作用。在設(shè)計(jì)零件的數(shù)控加工工藝時(shí)，不僅要遵循普通機(jī)加工工藝的基本原則和方法，還必須考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)和編程要求。

對(duì)以上零件進(jìn)行加工工藝規(guī)劃，根據(jù)數(shù)控加工工藝的內(nèi)容，建立工件坐標(biāo)系，選擇毛坯，夾具，刀具，刀具的選取可以根據(jù)加工表面的形狀和加工部位的尺寸大小等要素，再通過(guò)刀具庫(kù)來(lái)創(chuàng)建所需刀具的尺寸參數(shù)。選擇最實(shí)用的加工方法以及最合理的切削三要素（線速度、進(jìn)給速度、背吃刀量），來(lái)制定刀具的切入路徑、切削路徑、切出路徑。圓柱凸輪槽加工必須滿足工作槽等寬，工作表面光順平整，以保證銷軸的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)[4]。

結(jié)合工件模型介紹加工方案：以往凸輪槽的加工方法采用直接選取側(cè)面和底面進(jìn)行整體加工。而這里采取側(cè)面與底面單獨(dú)加工，兩個(gè)側(cè)面用五軸平行面加工，底面用五軸限制線加工。在刀軸控制選地選項(xiàng)里沒(méi)有采用常用的刀軸同曲面上點(diǎn)的法線方向的控制策略，而是用刀軸通過(guò)直線的控制策略。通過(guò)上述這些改變，保證凸輪槽的槽寬精度，使槽等寬，改善表面加工質(zhì)量，提高加工效率。五軸限制線加工參數(shù)如圖5所示，五軸平行面加工參數(shù)如圖6所示。其它采用五軸曲線投影加工的方法加工文字，采用五軸限制線加工的方法加工兩凹槽。

圖5 五軸限制線加工

圖6 五軸平行面加工

2.3 凸輪的仿真與加工

根據(jù)上述的加工方案生產(chǎn)的刀路軌跡如圖7所示，加工軌跡生成后，必須要驗(yàn)證軌跡的正確性和刀具是否有干涉現(xiàn)象，所以要在加工前進(jìn)行實(shí)體加工仿真。在確認(rèn)仿真無(wú)誤后，按照FANUC0i-MC機(jī)床的配置要求，CAXA制造工程師能把生成的刀路軌跡通過(guò)對(duì)應(yīng)的后置處理產(chǎn)生NC程序，利用CAXA制造工程師的通訊功能，通過(guò)RS-232線將程序傳輸?shù)綑C(jī)床，進(jìn)行數(shù)控多軸加工[5]。本文加工所采用的材料為鋁（2A12），成品如圖8所示。

圖7 刀路軌跡圖

圖8 成品圖

通過(guò)CAXA制造工程師實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸零件的造型、刀路生成、仿真、加工等功能。在使用軟件的過(guò)程中，可以根據(jù)提示來(lái)設(shè)置好毛坯、刀具、加工工藝、走刀方式等，就可以自動(dòng)生成刀具路徑，再通過(guò)后置生成NC程序。這樣可以大大減少人為因素產(chǎn)生的編程誤差，同時(shí)也可以增加刀具的使用效率，并且可以減少工件的反復(fù)裝夾，提高工件的整體加工精度，利于簡(jiǎn)化工藝，提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

利用CAXA制造工程師，完成凸輪軸的建模，刀路設(shè)計(jì)，仿真與加工。充分展示其功能強(qiáng)大且容易學(xué)習(xí)，支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工質(zhì)量，對(duì)刀具軌跡進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和編輯，通用的后置處理可向任何數(shù)控系統(tǒng)輸出加工代碼，可以避免加工過(guò)程出現(xiàn)質(zhì)量和安全問(wèn)題。CAXA制造工程師將在數(shù)控多軸加工中越來(lái)越能發(fā)揮其重要性，并在智能制造技術(shù)中應(yīng)用得到廣泛應(yīng)用。

[1] 謝峰. 基于caxa制造工程師葉輪多軸加工方案研究[J]. 山東工業(yè)技術(shù),2017(24):24.

[2] 季照平. CAXA制造工程師在數(shù)控加工中的應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù),2008(3):87-88.

[3] 邱海飛. CAXA環(huán)境下的NC加工工藝設(shè)計(jì)與仿真[J]. 工具技術(shù),2016(4):44-46.

[4] 王雷, 段曉旭. 基于CAXA軟件的圓柱凸輪數(shù)控加工研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2013(3):268-272.

[5] 趙偉. 基于CAXA制造工程師的扇輪葉片加工方法[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化,2015(5):215-216.

（責(zé)任編輯：馬圳煒）

Research on multi-axis machining technology with CAXA

WANG Kai-jun

(School of Mechanical Engineering, Zhangzhou Institute of Technology, ZhangZhou 363000,China)

With the further popularization of intelligent manufacturing technology, the machining technology of multi-axis numerical control is becoming more and more widely applied. As a CAD/CAM software, CAXA manufacturing engineer software is a widely used for NC multi-axis machining. By analyzing the drawings and technical requirements of cam parts, the NC machining process is reasonably arranged, and the solid and curved surface modeling functions of CAXA manufacturing engineers are used to complete the surface modeling of cam parts, and the processing parameters are set to finish rough finishing. In the case of no interference and no collision, the program is transmitted to the CNC machine tool to complete the machining of the solid parts.

CAXA manufacturing engineer; numerical control technology; multi-axis machining

2017－12－10

王凱君（1985—），男，福建漳州人，高級(jí)技師，本科，研究方向：數(shù)控技術(shù)。

1673-1417（2018）01-0059-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2018.01.0013

TP391.72

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