基于CAXA制造工程師的復(fù)雜零件數(shù)控加工

基于CAXA制造工程師的復(fù)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(xué)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(yīng)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(jìn)行圖形交互的自動(dòng)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(yùn)用CAD/CAM進(jìn)行復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)和加工制造，可使企業(yè)提高設(shè)計(jì)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(jì)效益。CAXA制造工程師作為一個(gè)曲面實(shí)體相結(jié)合的CAD/CAM一體化的國產(chǎn)CAM軟件，具有靈活的實(shí)體曲面造型功能和豐富的數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)零件復(fù)雜的三維造型設(shè)計(jì)，通過加工工藝參數(shù)的后置處理的設(shè)定，選取需加工的部分，自動(dòng)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(yàn)加工工藝和代碼質(zhì)量。下面以手機(jī)外殼的數(shù)控加工為例，闡述利用CAXA制造工程師軟件進(jìn)行復(fù)雜零件的計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工過程。1實(shí)體建模如圖1所示的二維圖形，在理解其含義的基礎(chǔ)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(shí)體造型功能，可以將設(shè)計(jì)元素加工混合，進(jìn)行三維加工數(shù)據(jù)的建模，用實(shí)體表達(dá)工件。在對(duì)零件造型過程中，可以直接使用軟件提供的三維設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確交換，生成滿足數(shù)控加工的三維數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)。圖1二維圖形Fig.1X-Yscheme實(shí)體建模步驟為：拉伸基體——拉伸除料生成手機(jī)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(shí)體造型。如圖2所示。圖二實(shí)體建模Fig.2Processingthemodel2計(jì)算機(jī)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(jìn)行，其主要內(nèi)容有：核準(zhǔn)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(duì)零件的三維建模進(jìn)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(duì)實(shí)體造型進(jìn)行進(jìn)一步的工藝分析，根據(jù)加工性質(zhì)修改增補(bǔ)造型，根據(jù)加工特點(diǎn)以及加工能力，確定需要加工的三維實(shí)體面，再分析實(shí)體的組成情況，擬定刀具的進(jìn)入路徑、切削路徑、退出路徑，找到刀具在運(yùn)動(dòng)中可能發(fā)生干涉的部位，并及時(shí)地進(jìn)行加工環(huán)境調(diào)整。分析手機(jī)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(jī)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(diǎn)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(dǎo)動(dòng)、參數(shù)線、投影、等高等加工方法，靈活選定需要加工的實(shí)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(shè)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(cè)工藝參數(shù)的設(shè)置是否合理，零件在數(shù)控實(shí)際加工中是否存在干涉，設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作是否正確，實(shí)際零件是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在數(shù)控模擬加工中，系統(tǒng)會(huì)給出有關(guān)加工過程的報(bào)告。這樣可以在實(shí)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(jì)算機(jī)模擬數(shù)控加工，確認(rèn)符合實(shí)際加工要求時(shí)，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(shè)置而適應(yīng)各自的機(jī)床要求。用戶按機(jī)床規(guī)定的格式進(jìn)行定制，即可方便地生成和特定機(jī)床相匹配的加工代碼。G代碼生成后，可根據(jù)需要，自動(dòng)生成加工工序單，程序會(huì)根據(jù)加工軌跡編制中的各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)加工工步的加工時(shí)間，這非常便于生產(chǎn)管理識(shí)別和加工工時(shí)的計(jì)算。生成的G代碼要傳輸給機(jī)床，如果程序量少而機(jī)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(jī)床。如果程序量比較大，就需要進(jìn)行DNC在線傳輸，將G代碼通過計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口直接與機(jī)床連通，在不占用機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)存的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(dòng)生成數(shù)控代碼，縮短編程人員的編程時(shí)間，特別對(duì)復(fù)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(jiǎn)介：張君（1968-），女，河南平頂山人，副教授，1991年畢業(yè)于焦作工學(xué)院機(jī)械系礦山機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)在平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系從事教學(xué)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(xué)院機(jī)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(shè)備使用中應(yīng)注意的問題

2.1數(shù)控設(shè)備的使用環(huán)境

為提高數(shù)控設(shè)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(chǎng)所。精密數(shù)控設(shè)備要遠(yuǎn)離振動(dòng)大的設(shè)備，如沖床、鍛壓設(shè)備等。

2.2良好的電源保證

為了避免電源波動(dòng)幅度大（大于±10%）和可能的瞬間干擾信號(hào)等影響，數(shù)控設(shè)備一般采用專線供電（如從低壓配電室分一路單獨(dú)供數(shù)控機(jī)床使用）或增設(shè)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(jī)床的使用與管理方面，應(yīng)制定一系列切合實(shí)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(shè)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(jī)床安全運(yùn)行的重要措施之一。實(shí)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(shè)備不宜長期封存

購買數(shù)控機(jī)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(jī)床主軸的啟閉，以降低對(duì)離合器、齒輪等器件的磨損。沒有加工任務(wù)時(shí)，數(shù)控機(jī)床也要定期通電，最好是每周通電1～2次，每次空運(yùn)行1小時(shí)左右，以利用機(jī)床本身的發(fā)熱量來降低機(jī)內(nèi)的濕度，使電子元件不致受潮，同時(shí)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有無電池電量不足報(bào)警，以防止系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)的丟失。

3數(shù)控機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)

數(shù)控機(jī)床種類多，各類數(shù)控機(jī)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(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容和規(guī)則也各有其特色，具體應(yīng)根據(jù)其機(jī)床種類、型號(hào)及實(shí)際使用情況，并參照機(jī)床使用說明書要求，制訂和建立必要的定期、定級(jí)保養(yǎng)制度。下面是一些常見、\o"gm,通用"通用的日常維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)。

3.1數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)

（1）嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和日常維護(hù)制度

數(shù)控設(shè)備操作人員要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和日常維護(hù)制度，操作人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)的優(yōu)劣是影響故障發(fā)生頻率的重要因素。當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，操作者要注意保留現(xiàn)場(chǎng)，并向維修人員如實(shí)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(shí)排除。

（2）防止灰塵污物進(jìn)入數(shù)控裝置內(nèi)部

在機(jī)加工車間的空氣中一般都會(huì)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)的加速損壞，應(yīng)該盡量減少打開數(shù)控柜和強(qiáng)電柜門。

（3）防止系統(tǒng)過熱

應(yīng)該檢查數(shù)控柜上的各個(gè)冷卻風(fēng)扇工作是否正常。每半年或每季度檢查一次風(fēng)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(shí)清理，會(huì)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(hù)

80年代以前生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床，大多帶有光電式紙帶閱讀機(jī)，如果讀帶部分被污染，將導(dǎo)致讀入信息出錯(cuò)。為此，必須按規(guī)定對(duì)光電閱讀機(jī)進(jìn)行維護(hù)。

（5）直流電動(dòng)機(jī)電刷的定期檢查和更換

直流電動(dòng)機(jī)電刷的過度磨損，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的性能，甚至造成電動(dòng)機(jī)損壞。為此，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)電刷進(jìn)行定期檢查和更換。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等，應(yīng)每年檢查一次。

（6）定期檢查和更換存儲(chǔ)用電池

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

（7）備用電路板的維護(hù)

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

3.2機(jī)械部件的維護(hù)

（1）主傳動(dòng)鏈的維護(hù)

定期調(diào)整主軸驅(qū)動(dòng)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(shí)補(bǔ)充油量，并清洗過濾器；主軸中刀具夾緊裝置長時(shí)間使用后，會(huì)產(chǎn)生間隙，影響刀具的夾緊，需及時(shí)調(diào)整液壓缸活塞的位移量。

（2）滾珠絲杠螺紋副的維護(hù)

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

（3）刀庫及換刀機(jī)械手的維護(hù)

嚴(yán)禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，以避免機(jī)械手換刀時(shí)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(jī)床主軸回?fù)Q刀點(diǎn)位置是否到位，并及時(shí)調(diào)整；開機(jī)時(shí)，應(yīng)使刀庫和機(jī)械手空運(yùn)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(dòng)作；檢查刀具在機(jī)械手上鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常應(yīng)及時(shí)處理。

3.3液壓、氣壓系統(tǒng)維護(hù)

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

3.4機(jī)床精度的維護(hù)

定期進(jìn)行機(jī)床水平和機(jī)械精度檢查并校正。機(jī)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(bǔ)償，如絲杠反向間隙補(bǔ)償、各坐標(biāo)定位精度定點(diǎn)補(bǔ)償、機(jī)床回參