基于CAXA制造工程師的復雜零件數(shù)控加工

基于CAXA制造工程師的復雜零件數(shù)控加工張君路金萍（1..平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院河南平頂山467001）摘要：論述了CAXA制造工程師CAD/CAM系統(tǒng)在數(shù)控加工中的應用過程：理解二維圖形、建立加工模型、確定加工工藝、生成刀具軌跡、加工仿真、后置處理、輸出加工代碼。關(guān)鍵詞：CAXA制造工程師、刀具軌跡、數(shù)控加工TheUsingCAXAManufacturingEngineerinNumericalControlMachiningZhangJunLuJinping(PingdingshanIndustrialCollegeofTechnology,Pingdingshan,Abstract:ThisartidediscussesthepracticalprocessofCAXAmanufacturingengineer,CAD/CAMsysteminnumericalcontrolmachining.UnderstandingX-Yscheme,Processingthemodel,Processingtechnology,cuttingtoollocus,Copyingprocessing,Aftertreatment,Outputprocessingcode.Keywords:CAXAmanufacturingengineer,cuttingtoollocus,Numericalcontrolmachining0引言隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展，基于CAD/CAM技術(shù)進行圖形交互的自動編程方法日趨成熟，使用CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的NC程序代碼可以替代傳統(tǒng)的手工編程，運用CAD/CAM進行復雜零件的設計和加工制造，可使企業(yè)提高設計質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，從而取得良好的經(jīng)濟效益。CAXA制造工程師作為一個曲面實體相結(jié)合的CAD/CAM一體化的國產(chǎn)CAM軟件，具有靈活的實體曲面造型功能和豐富的數(shù)據(jù)接口，可以實現(xiàn)零件復雜的三維造型設計，通過加工工藝參數(shù)的后置處理的設定，選取需加工的部分，自動生成數(shù)控系統(tǒng)加工代碼，通過直觀的加工仿真和代碼反讀來檢驗加工工藝和代碼質(zhì)量。下面以手機外殼的數(shù)控加工為例，闡述利用CAXA制造工程師軟件進行復雜零件的計算機輔助數(shù)控加工過程。1實體建模如圖1所示的二維圖形，在理解其含義的基礎上，利用CAXA-CAD提供的直線、圓弧以及樣條線等平面繪圖功能和拉伸、除料、放樣等實體造型功能，可以將設計元素加工混合，進行三維加工數(shù)據(jù)的建模，用實體表達工件。在對零件造型過程中，可以直接使用軟件提供的三維設計功能，也可以將二維制圖中參數(shù)線等元素，引入到CAXA建模中，實現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)的準確交換，生成滿足數(shù)控加工的三維數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)復雜零件的三維實體造型設計。圖1二維圖形Fig.1X-Yscheme實體建模步驟為：拉伸基體——拉伸除料生成手機表面——過渡——旋轉(zhuǎn)除料生成凹球面——作鍵孔草圖——作鍵孔在曲面——拉伸除料生成鍵孔——過渡所有棱邊，完成實體造型。如圖2所示。圖二實體建模Fig.2Processingthemodel2計算機輔助加工2．1確定加工工藝加工工藝的確定目前主要依靠人工進行，其主要內(nèi)容有：核準加工零件的尺寸、公差和精度要求、確定裝卡位置、選擇刀具、確定加工路線、選定工藝參數(shù)。對零件的三維建模進行分析，按工藝方案的要求，根據(jù)零件毛坯、夾具裝配之間空間幾何關(guān)系及刀具特征和參數(shù)，篩選最適合的加工方法。對實體造型進行進一步的工藝分析，根據(jù)加工性質(zhì)修改增補造型，根據(jù)加工特點以及加工能力，確定需要加工的三維實體面，再分析實體的組成情況，擬定刀具的進入路徑、切削路徑、退出路徑，找到刀具在運動中可能發(fā)生干涉的部位，并及時地進行加工環(huán)境調(diào)整。分析手機外殼零件整體形狀平坦，可采用等高粗加工和淺平面精加工完成加工，手機模型上表面的孔和腔的根部為直角需要清根，清根方式及方法可以采用多種方案。具體加工步驟為：（1）用直徑為Φ8㎜的端銑刀做等高線粗加工。（2）用直徑為Φ2㎜的端銑刀做淺平面精加工。（3）用直徑為Φ8㎜的端銑刀做輪廓線精加工。（4）用直徑為Φ2㎜的端銑刀做掃描線精加工清根。2．2生成刀具軌跡根據(jù)需加工零件的形狀特點及工藝要求，利用CAXA制造工程師中提供的平面輪廓、平面區(qū)域、曲面輪廓、導動、參數(shù)線、投影、等高等加工方法，靈活選定需要加工的實體部分，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)和要求，可快速顯示出生成刀具軌跡和刀具切削路徑。按照等高圖3刀具軌跡Fig.3cuttingtoollocus線粗加工——淺平面精加工——輪廓線精加工——掃描線精加工的加工過程，生成刀具軌跡。如圖3所示。2．3零件的模擬數(shù)控加工設置好刀具加工路徑，生成刀具軌跡后，利用CAXA制造工程師系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能，能夠觀察切削加工的過程，可用來檢測工藝參數(shù)的設置是否合理，零件在數(shù)控實際加工中是否存在干涉，設備的運行動作是否正確，實際零件是否符合設計要求。同時在數(shù)控模擬加工中，系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程的報告。這樣可以在實際生產(chǎn)中省去試切的過程，可降低材料消耗，提高生產(chǎn)效率。2．4生成數(shù)控指令代碼及程序傳輸通過計算機模擬數(shù)控加工，確認符合實際加工要求時，就可以利用CAXA制造工程師的后置處理程序來生成NC數(shù)控代碼，后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件，也就是平我們經(jīng)常說的G代碼程序或NC程序。CAXA制造工程師提供的后置處理功能是非常靈活的，它可以通過用戶自己修改某些設置而適應各自的機床要求。用戶按機床規(guī)定的格式進行定制，即可方便地生成和特定機床相匹配的加工代碼。G代碼生成后，可根據(jù)需要，自動生成加工工序單，程序會根據(jù)加工軌跡編制中的各項參數(shù)自動計算各項加工工步的加工時間，這非常便于生產(chǎn)管理識別和加工工時的計算。生成的G代碼要傳輸給機床，如果程序量少而機床內(nèi)存容量允許的話，可以一次性地將G代碼程序傳輸給機床。如果程序量比較大，就需要進行DNC在線傳輸，將G代碼通過計算機標準接口直接與機床連通，在不占用機床系統(tǒng)內(nèi)存的基礎上，進行在線加工。3結(jié)束語采用CAXA制造工程師軟件能方便的建立零件的幾何模型，迅速自動生成數(shù)控代碼，縮短編程人員的編程時間，特別對復雜零件的數(shù)控程序編制，可大大提高程序的正確性和安全性，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率。作者簡介：張君（1968-），女，河南平頂山人，副教授，1991年畢業(yè)于焦作工學院機械系礦山機械專業(yè)，現(xiàn)在平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電系從事教學工作，在國內(nèi)不同類型刊物發(fā)表論文多篇。通訊地址：河南平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系張君聯(lián)系電話/p>

附錄資料：不需要的可以自行刪除數(shù)控設備使用中應注意的問題

2.1數(shù)控設備的使用環(huán)境

為提高數(shù)控設備的使用壽命，一般要求要避免陽光的直接照射和其他熱輻射，要避免太潮濕、粉塵過多或有腐蝕氣體的場所。精密數(shù)控設備要遠離振動大的設備，如沖床、鍛壓設備等。

2.2良好的電源保證

為了避免電源波動幅度大（大于±10%）和可能的瞬間干擾信號等影響，數(shù)控設備一般采用專線供電（如從低壓配電室分一路單獨供數(shù)控機床使用）或增設穩(wěn)壓裝置等，都可減少供電質(zhì)量的影響和電氣干擾。

2.3制定有效操作規(guī)程

在數(shù)控機床的使用與管理方面，應制定一系列切合實際、行之有效的操作規(guī)程。例如潤滑、保養(yǎng)、合理使用及規(guī)范的交接班制度等，是數(shù)控設備使用及管理的主要內(nèi)容。制定和遵守操作規(guī)程是保證數(shù)控機床安全運行的重要措施之一。實踐證明，眾多故障都可由遵守操作規(guī)程而減少。

2.4數(shù)控設備不宜長期封存

購買數(shù)控機床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露，得以在保修期內(nèi)得以排除。加工中，盡量減少數(shù)控機床主軸的啟閉，以降低對離合器、齒輪等器件的磨損。沒有加工任務時，數(shù)控機床也要定期通電，最好是每周通電1～2次，每次空運行1小時左右，以利用機床本身的發(fā)熱量來降低機內(nèi)的濕度，使電子元件不致受潮，同時也能及時發(fā)現(xiàn)有無電池電量不足報警，以防止系統(tǒng)設定參數(shù)的丟失。

3數(shù)控機床的維護保養(yǎng)

數(shù)控機床種類多，各類數(shù)控機床因其功能，結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的不同，各具不同的特性。其維護保養(yǎng)的內(nèi)容和規(guī)則也各有其特色，具體應根據(jù)其機床種類、型號及實際使用情況，并參照機床使用說明書要求，制訂和建立必要的定期、定級保養(yǎng)制度。下面是一些常見、\o"gm,通用"通用的日常維護保養(yǎng)要點。

3.1數(shù)控系統(tǒng)的維護

（1）嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度

數(shù)控設備操作人員要嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度，操作人員的技術(shù)業(yè)務素質(zhì)的優(yōu)劣是影響故障發(fā)生頻率的重要因素。當機床發(fā)生故障時，操作者要注意保留現(xiàn)場，并向維修人員如實說明出現(xiàn)故障前后的情況，以利于分析、診斷出故障的原因，及時排除。

（2）防止灰塵污物進入數(shù)控裝置內(nèi)部

在機加工車間的空氣中一般都會有油霧、灰塵甚至金屬粉末，一旦它們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的電路板或電子器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及電路板損壞。有的用戶在夏天為了使數(shù)控系統(tǒng)能超負荷長期工作，采取打開數(shù)控柜的門來散熱，這是一種極不可取的方法，其最終將導致數(shù)控系統(tǒng)的加速損壞，應該盡量減少打開數(shù)控柜和強電柜門。

（3）防止系統(tǒng)過熱

應該檢查數(shù)控柜上的各個冷卻風扇工作是否正常。每半年或每季度檢查一次風道過濾器是否有堵塞現(xiàn)象，若過濾網(wǎng)上灰塵積聚過多，不及時清理，會引起數(shù)控柜內(nèi)溫度過高。

（4）數(shù)控系統(tǒng)的輸入/輸出裝置的定期維護

80年代以前生產(chǎn)的數(shù)控機床，大多帶有光電式紙帶閱讀機，如果讀帶部分被污染，將導致讀入信息出錯。為此，必須按規(guī)定對光電閱讀機進行維護。

（5）直流電動機電刷的定期檢查和更換

直流電動機電刷的過度磨損，會影響電動機的性能，甚至造成電動機損壞。為此，應對電動機電刷進行定期檢查和更換。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等，應每年檢查一次。

（6）定期檢查和更換存儲用電池

一般數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)對CMOSRAM存儲器件設有可充電電池維護電路，以保證系統(tǒng)不通電期間能保持其存儲器的內(nèi)容。在一般情況下，即使尚未失效，也應每年更換一次，以確保系統(tǒng)正常工作。電池的更換應在數(shù)控系統(tǒng)供電狀態(tài)下進行，以防更換時RAM內(nèi)信息丟失。

（7）備用電路板的維護

備用的印制電路板長期不用時，應定期裝到數(shù)控系統(tǒng)中通電運行一段時間，以防損壞。

3.2機械部件的維護

（1）主傳動鏈的維護

定期調(diào)整主軸驅(qū)動帶的松緊程度，防止因帶打滑造成的丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象；檢查主軸潤滑的恒溫油箱、調(diào)節(jié)溫度范圍，及時補充油量，并清洗過濾器；主軸中刀具夾緊裝置長時間使用后，會產(chǎn)生間隙，影響刀具的夾緊，需及時調(diào)整液壓缸活塞的位移量。

（2）滾珠絲杠螺紋副的維護

定期檢查、調(diào)整絲杠螺紋副的軸向間隙，保證反向傳動精度和軸向剛度；定期檢查絲杠與床身的連接是否有松動；絲杠防護裝置有損壞要及時更換，以防灰塵或切屑進入。

（3）刀庫及換刀機械手的維護

嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，以避免機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具發(fā)生碰撞；經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機床主軸回換刀點位置是否到位，并及時調(diào)整；開機時，應使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常，特別是各行程開關(guān)和電磁閥能否正常動作；檢查刀具在機械手上鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常應及時處理。

3.3液壓、氣壓系統(tǒng)維護

定期對各潤滑、液壓、氣壓系統(tǒng)的過濾器或分濾網(wǎng)進行清洗或更換；定期對液壓系統(tǒng)進行油質(zhì)化驗檢查、添加和更換液壓油；定期對氣壓系統(tǒng)分水濾氣器放水。

3.4機床精度的維護

定期進行機床水平和機械精度檢查并校正。機械精度的校正方法有軟硬兩種。其軟方法主要是通過系統(tǒng)參數(shù)補償，如絲杠反向間隙補償、各坐標定位精度定點補償、機床回參