基于CAXA制造工程師軟件的復雜曲面數控加工

摘 要：CAXA制造工程師通過加工管理窗口集成、自動編程相關的基本設置以及加工軌跡生成，為后置處理，即將加工軌跡轉化為數控機床的可識別G代碼指令并生成加工工藝單奠定基礎。文章介紹CAXA制造工程師環境下的模型、毛坯和刀具等基本設置，以及加工軌跡的生成與仿真檢驗。

關鍵詞：CAXA；工程師軟件；曲面；數控加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）14-0128-02

每一種加工軌跡的生成方式，并不是孤立的，而是有聯系的，可以互相配合，互相補充，要根據零件的結構和技術要求，綜合考慮，以保證加工出合格零件為最終目的。要學好數控加工自動編程，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扎實的機械加工基礎知識和生產實踐經驗，能夠綜合應用有關刀具、夾具、工藝和材料等相關知識，培養正確的分析和解決生產實際問題的能力。要說明的一點是，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，用區域式粗加工功能，完全可以生成某個零件平面區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置加工參數來實現的。CAXA制造工程師2006軟件只是一個工具，要想得到一個正確的零件數控加工軌跡和G代碼，首先要求操作者有一個正確的加工工藝思想，所謂自動編程就是將操作者的工藝思想通過CAD/CAM軟件轉換成加工軌跡和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環境下運行CAD/CAM一體化的數控加工編程軟件。軟件集成了數據接口、幾何造型、加工軌跡生成、加工過程仿真檢驗、數控加工代碼生成、加工工藝單生成等一整套面向復雜零件和模具的數控編程功能。CAXA制造工程師新版本新增加的功能與原來的名稱有重復的在后面加數字以示區別，但原功能在該版本中還繼續保留。由于此軟件投資少，易學好用的特點，目前，廣泛應用于各類職業院校和普通院校，是全國數控技能大賽指定的專用CAD/CAM軟件之一，也是前兩屆數控大賽參賽選手應用最多的軟件，它的基礎性和概念性為學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，隨著CAXA制造工程師軟件功能的不斷增強，在各類企業也得到了越來越廣泛的應用。

CAXA制造工程師的用戶界面和其他Windows風格的軟件一樣，各種應用功能通過菜單和工具條驅動；狀態欄指導用戶進行操作并提示當前狀態和所處位置；特征/軌跡樹記錄了歷史操作和相互關系；繪圖區顯示各種功能操作的結果；同時，繪圖區和特征/軌跡樹為用戶提供了數據的交互功能。CAXA制造工程師2006工具條中每一個按鈕都對應一個菜單命令，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編程

2.1 選擇基準面

每操作一次只能生成一個輪廓特征，一個零件是由多個特征累加而成的，每生成一個輪廓特征必須經過三個步驟：確定基準面，繪制草圖，生成特征。基準面，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平面。基準面平行于零件的投影面。基準面可以是特征樹中已有的坐標平面，也可以是實體中生成的某個平面，還可以是構造出的平面。例如，我們選擇特征樹中的“平面XY”為零件的基準面。選擇基準面后，進行的下一步工作是繪制草圖。

2.2 繪制草圖

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

2.3 實體特征造型

特征是建構實體模型的基礎，實體模型就像建筑物一樣，是由許多特征組合起來形成的。建構實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行信息交流的中介。系統通過界面反映當前信息狀態將要執行的操作，用戶按照界面提供的信息做出判斷，并經由輸入設備進行下一步的操作。零件設計的用戶界面和其他Windows風格的軟件一樣，各種應用功能通過菜單和工具條驅動，狀態欄指導用戶進行操作并提示當前狀態和所處位置，特征樹記錄了歷史操作和相互關系，繪圖區顯示各種功能操作的結果，同時，功能區和特征樹為用戶提供了數據交互的功能。零件設計可以實現自定義界面布局。

3 CAXA制造工程師軟件在復雜曲面數控加工中

的應用

3.1 建立曲面模型及自動編程

加工曲面可以采用的加工策略主要包括以下幾個方面：

①等高線精加工。可以用加工邊界和高度限定軌跡范圍，進行局部等高加工；可以自動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域的識別；并可以控制平坦區域加工的先后次序。程序大小為33.1 k。

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

③掃描線精加工。該功能增加了自動識別豎直面并進行補加工的功能，同時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，保證加工結果有相同的殘留高度。程序大小為500 k。

⑤輪廓導動精加工。輪廓導動精加工，不需要造型，只需作出輪廓線和導動線即可，按照輪廓線和導動線加工，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的設定

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

根據以上理論分析和使用幾種加工策略生成的數控程序，在實際加工加工中的驗證，發現結果如下：此類規則曲面的加工，使用輪廓導動精加工策略比較合適。因為這種加工方法簡化了造型的過程、產生的軌跡有序、加工出的曲面表面質量高、機床運行平穩及程序傳輸時間短等。

3.3 輪廓導動精加工參數的設定

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

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機床運行非常平穩，采用往復式時機床在換向時抖動得很嚴重，尤其是在高速加工時；拐角過渡方式選擇圓弧方式，機床運行較平穩。

③有時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，這樣會提高曲面的加工質量。

參考文獻：

[1] 周瑋.CAXA制造工程師2008應用與實例教程[M].北京:北京大學出版社，2010.

[2] 吳康福.對復雜曲面零件的數控自動編程[J].廣西輕工業，2009，25(7).

[3] 趙杰.機械CAD /CAM [M].大連:大連理工大學出版社，2004.