基于CAXA 制造工程師的可樂瓶底數(shù)控加工研究

劉曉超 ， 曹占光

（1.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000；2.鞏義市第一中等專業(yè)學(xué)校，河南 鄭州 451200）

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，各種CAD/CAM 軟件的功能越來越強(qiáng)大，CAXA 制造工程師2020 是由北京數(shù)碼大方科技股份有限公司專為個(gè)人教育打造的一款行業(yè)版本國(guó)產(chǎn)CAD/CAM 軟件，該軟件功能較為強(qiáng)大，具有豐富的實(shí)體及曲面造型功能，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的三維造型設(shè)計(jì)，通過加工工藝參數(shù)的設(shè)定，選取需加工的部位，自動(dòng)生成軌跡刀路，通過加工仿真、后置處理和代碼反讀來生成加工程序。文章以可樂瓶底模型為例，采用多種數(shù)控加工方法，用相同的加工參數(shù)進(jìn)行加工，并對(duì)它們的加工質(zhì)量與效率進(jìn)行比較，為加工同類型的復(fù)雜零件選擇合適的數(shù)控加工方法。

1 可樂瓶底設(shè)計(jì)造型

造型思路：可樂瓶底的曲面可以采用網(wǎng)格面造型方式實(shí)現(xiàn)。U 向線有兩條，分別是可樂瓶底底面Φ20圓和頂面Φ90 圓曲線，V 向線有8 根截面線，它們是可樂瓶底側(cè)面輪廓曲線1 和2，曲線1 和2 相對(duì)Z軸的夾角為45°，并以Z軸為軸線，圓形陣列均布4 份，如圖1 所示。最后以瓶底的上口為準(zhǔn)，構(gòu)造一個(gè)立方體實(shí)體，然后用軟件中的裁剪功能裁剪掉曲面上邊的部分，保留凹模型腔，完成造型[1]，如圖1所示。

圖1 可樂瓶底三維造型和凹模型腔造型

2 計(jì)算機(jī)輔助加工

2.1 加工工藝分析

加工方法：先粗加工后精加工。粗加工采用等高線粗加工，精加工分別采用等高線精加工、三維偏置精加工、參數(shù)線精加工三種精加工方式。具體加工步驟為：1）用直徑為Φ10 mm 的圓柱立銑刀做可樂瓶底模型的等高線粗加工。2）用直徑為Φ10 mm 的圓柱球頭銑刀做可樂瓶底模型的精加工（等高線精加工、三維偏置精加工、參數(shù)線精加工）。3）用直徑為Φ8 mm的圓柱立銑刀做底平面精加工[2]。

2.2 生成刀具軌跡

根據(jù)可樂瓶底模型的形狀特點(diǎn)及工藝要求，利用CAXA 制造工程師中提供的等高線粗加工、等高線精加工、三維偏置精加工、參數(shù)線精加工、平面精加工等加工方法，根據(jù)需要選擇模型零件的曲面、平面部分，輸入相關(guān)的加工數(shù)據(jù)參數(shù)和要求，生成粗加工、精加工、平面精加工刀具軌跡和刀具切削路徑。按照等高線粗加工—等高線精加工（三維偏置精加工、參數(shù)線精加工）—底部平面精加工等加工過程，生成刀具軌跡。

3 可樂瓶底凹模型腔的加工

3.1 設(shè)定粗加工刀具及參數(shù)

刀具的選擇要綜合考慮機(jī)床的剛性及實(shí)際加工的需要。為了得到可靠的數(shù)據(jù)，加工過程中采用相同的加工刀具并設(shè)定相同的加工參數(shù)，以便得到的數(shù)據(jù)具有可比性。

1）選擇“制造”→“等高線粗加工”→“加工參數(shù)”命令。

2）設(shè)定整體余量0.5 mm、加工精度0.01 mm、層高1 mm、設(shè)定行距5 mm，頁面中可以選擇任意刀具。單擊“刀具參數(shù)”按鈕，選擇刀具類型為立銑刀，刀桿類型圓形，輸入刀具直徑10 mm。

3）設(shè)定刀具參數(shù)為：Φ10 mm 的硬質(zhì)合立銑刀，粗加工主軸轉(zhuǎn)速為3 500 r/min，切削速度為400 mm/min[3]。

4）選擇幾何。根據(jù)設(shè)置提示選取加工曲面、加工毛坯等，單擊確認(rèn)后系統(tǒng)開始計(jì)算，稍候，生成粗加工軌跡及截面圖，如圖2、圖3所示。

圖2 等高線粗加工軌跡

圖3 等高線粗加工仿真加工截面

3.2 型腔的精加工：等高線精加工

1）設(shè)置加工參數(shù)。選擇“制造”→“等高線精加工”→“加工參數(shù)”命令，出現(xiàn)等高線精加工對(duì)話框，在“等高線精加工”參數(shù)選項(xiàng)卡中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。

2）設(shè)置切削用量。設(shè)置整體余量為0，加工精度為0.01 mm，層高為1 mm，精加工主軸轉(zhuǎn)速為：4 000 r/min，切削速度為300 mm/min。

3）選擇幾何。根據(jù)設(shè)置提示選取加工曲面等，單擊確認(rèn)后系統(tǒng)開始計(jì)算，稍候，生成等高線精加工軌跡及截面圖，如圖4、圖5所示。

圖4 等高線精加工軌跡

圖5 等高線精加工仿真加工截面

3.3 型腔的精加工：三維偏置精加工

1）設(shè)置加工參數(shù)。選擇“制造”→“三維偏置精加工”→“加工參數(shù)”命令，出現(xiàn)三維偏置精加工對(duì)話框，在“三維偏置精加工”參數(shù)選項(xiàng)卡中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)[4]。

2）設(shè)置切削用量。設(shè)置整體余量為0，加工精度為0.01 mm，行距為1 mm，精加工主軸轉(zhuǎn)速為：4 000 r/min，切削速度為300 mm/min。

3）選擇幾何。根據(jù)設(shè)置提示選取加工曲面等，單擊確認(rèn)后系統(tǒng)開始計(jì)算，稍候，生成三維偏置精加工軌跡及截面圖，如圖6、圖7 所示。

圖6 三維偏置精加工軌跡

圖7 三維偏置精加工仿真加工截面

3.4 型腔的精加工：參數(shù)線精加工

1）設(shè)置加工參數(shù)。選擇“制造”→“參數(shù)線精加工”→“加工參數(shù)”命令，出現(xiàn)參數(shù)線精加工對(duì)話框，在“參數(shù)線精加工”參數(shù)選項(xiàng)卡中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。

2）設(shè)置切削用量。設(shè)置整體余量為0，加工精度為0.01 mm，行距為1 mm，精加工主軸轉(zhuǎn)速為：4 000 r/min，切削速度為300 mm/min[5]。

3）選擇幾何。根據(jù)設(shè)置提示選取加工曲面等，單擊確認(rèn)后系統(tǒng)開始計(jì)算，稍候，生成參數(shù)線精加工軌跡及截面圖[6]，如圖8、圖9所示。

圖8 參數(shù)線精加工軌跡

圖9 參數(shù)線精加工仿真加工截面

3.5 仿真加工工件

選擇FANUC OI 數(shù)控加工機(jī)床。通過RS232 輸入輸出接口，把生成的程序傳輸?shù)綌?shù)控加工中心中，進(jìn)行加工[7]；對(duì)不同精加工方法加工過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 不同加工方法加工統(tǒng)計(jì)總表

4 結(jié)果和結(jié)論

綜合以上加工方法分析如下：

1）參數(shù)線精加工方法加工質(zhì)量最好，但代碼行數(shù)及加工時(shí)間最長(zhǎng)，是適合高精度復(fù)雜零件的加工方法[8]。

2）等高線精加工精度及表面質(zhì)量一般，代碼行數(shù)及加工時(shí)間較短，該方法適宜精度要求不高的零件的加工。

3）三維偏置精加工方法加工質(zhì)量較好，該方法代碼行數(shù)與加工時(shí)間介于參數(shù)線精加工和等高線精加工兩種方法之間，對(duì)加工精度要求不太高的零件來說是一種理想的加工方法。

4）究竟用哪一種加工方式來生成軌跡進(jìn)行加工，還取決于加工的材料、刀具材質(zhì)、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)剛性、加工參數(shù)的設(shè)置、加工工藝的設(shè)置等[9]。各種因素配合好了，才能得到人們想要的結(jié)果，對(duì)于精度及表面粗糙度要求高的零件來說，推薦采用參數(shù)線精加工方式進(jìn)行精加工[10]。