基于CAXA制造工程師的復雜曲面造型及數控加工

苑衛東 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制造工程師對吊鉤從造型設計到代碼生成、仿真加工等一體化的全面解決方案，可實現優質高效的數控加工。

關鍵詞：CAXA制造工程師 復雜曲面造型 數控加工

0 引言

隨著數控技術的普及及程度不斷提高，數控加工技術在我國得到日益廣泛的使用，越來越多的零件采用數控加工。而如何進行數控加工程序的編制成為影響數控加工效率及質量的關鍵。傳統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代碼進行編程，此過程比較復雜、煩瑣，易于出錯，難于檢查，不能充分發揮數控機床的功能。故只適合于一般簡單零件的加工，如直線、平面、回轉體及點位加工。而對于形狀復雜的零件，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，隨著計算機技術的發展，基于CAD/CAM技術進行圖形交互的自動編程方法日趨成熟。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技術于一體的軟件。它提供了從造型設計到形成刀路軌跡、仿真加工、代碼生成、代碼檢驗、機床設置、工藝清單等全面解決方案，已廣泛應用于各種領域。用戶可以利用該軟件生成零件的NC程序，輸入至數控機床進行加工。其加工過程為：

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圖1 加工過程

現以吊鉤為例，介紹利用CAXA ME軟件實現復雜曲面的造型及其數控加工。

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雜，根據其曲面特點，無法采用實體造型，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

面采用旋轉面來做；中間部位的復雜曲面則由網格面來做，采用這幾種曲面來造型的好處就是加工時可以一同用參數線加工。整個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步驟。其中六條截面線包括圖紙給定的四個截面圖輪廓線、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，利用實體造型構造一個立方體實體，再利用曲面裁剪功能把三張曲面所包括的實體部分裁剪掉，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坐標平面內，即將工件坐標系設定在零件上表面。先以坐標原點為圓心繪制￠85的圓，然后根據圖中內切、外切的幾何關系繪制出全部輪廓線和截面線。將截面線通過組合、旋轉90°生成網格面，使之成為另一方向的曲線，從而得到構造網格面所需的全部線架。

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

③生成旋轉面和直紋面。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面來做，這樣做的好處是在加工時，這三張面（直紋面、網格面、旋轉面）可一同用參數線來加工。

將其余線框全部隱藏掉，得到吊鉤的曲面造型。

1.3 曲面與實體混合造型 以構成吊鉤曲面的三張曲面的開口面為準，通過實體造型生成一個立方體（包圍住三張曲面），再通過曲面裁剪，以三張曲面為界，把曲面內部不需要的實體部分裁剪掉，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

根據吊鉤模具曲面形狀的特點，用普通銑床難以進行粗精加工，故采用CAXA制造工程師，通過設置參數，產生刀具軌跡，仿真加工檢驗后，生成G代碼，再輸入數控銑床完成加工。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；精加工采用參數線精加工方式進行。

2.1 定義毛坯和設置加工邊界 定義毛坯。選擇毛坯定義方式為“參照模型”，根據模型確定毛坯的大小，毛坯為一個立方體。設置加工邊界。單擊“相關線”命令，選擇“實體邊界”，移動鼠標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”，設置粗加工的各項參數，根據提示拾取毛坯和加工邊界，確認后可得出粗加工軌跡，如圖4所示。②參數線精加工及刀具軌跡。 精加工方式選擇“參數線精加工”，設置精加工的各項參數，行距定義方式選為“殘留高度”方式，高度值為0.01，點擊確定。根據提示，移動鼠標依次拾取吊鉤型腔內部的各段被加工曲面，拾取結束，右鍵確認；再以吊鉤柄部邊界處一端點為下刀點，選擇進刀方向，確認，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 刀具軌跡仿真檢驗與修改

對“等高線粗加工”和“參數線精加工”軌跡分別進行仿真加工。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。

對于用哪一種方式來生成刀具軌跡，要根據工件的具體情況，不能一概而論。對于本例吊鉤曲面來講，選用參數線進行精加工效果較好。最終加工效果的好壞，是一個綜合性的問題，它決定于工件、刀具的材料，參數的設置、工藝安排、機床特性等，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“參數線精加工”軌跡，對其生成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，再選擇好相應的數控機床和操作系統，通過局域網把G代碼、工藝清單輸入機床，先進行對刀，然后就可以開始加工了。

5 結語

用CAXA軟件進行建模和自動編程，能大大減少編程人員的工作量，省時省力，尤其是對復雜模具的程序編制，其優勢更為明顯，編程結果更為直觀，通過仿真檢驗和刀具干涉檢查，使程序編制一次成功，節省了大量的機床調試和試切時間，既提高了加工效率，又保證了零件的表面質量和加工精度，可取得良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]姬彥巧.CAD/CAM應用技術——CAXA制造工程師2008與CAXA數控車[M].化學工業出版社，2010，1.

[2]劉京輝.CAXA制造工程師2006精編實例教程[M].中國水利水電出版社，2007，12.

[3]錢珊.CAD/CAM軟件應用技術基礎——基于CAXA[M].北京航空航天大學出版社，2007，11.

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