CAXA軟件在復雜軸類零件車削加工中的應用

摘" 要：CAXA是我國制造業信息化CAD/CAM/PLM領域自主知識產權軟件的優秀代表和知名品牌，軟件具有強大的CAD/CAM功能應用，該文以軸類零件車削加工為例，針對目前制造業生產及職業技能競賽中常見的高精度深溝槽零件工藝特點，正確運用CAXA軟件進行零件的數控車削加工編程，正確設定粗加工、半精加工、精加工階段，合理設置切削刀具、加工參數、刀具軌跡選擇及后處理設置等方面，生成NC代碼，可簡化編程并實現零件高效加工，最后通過軟件線框仿真，驗證復雜軸類零件——深溝槽零件數控車編程的準確性。

關鍵詞：復雜軸類零件；CAXA；刀具軌跡；數控車；工藝設計

中圖分類號：TH164" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）28-0181-04

Abstract： CAXA is an excellent representative and well-known brand of independent intellectual property software in the field of information-based CAD/CAM/PLM in China's manufacturing industry. The software has powerful CAD/CAM functions. Taking the turning of shaft parts as an example， in view of the process characteristics of high-precision deep groove parts commonly seen in manufacturing production and professional skill competitions， the CAXA software is correctly used to program the CNC turning of parts. Correct setting of rough machining， semi-finishing and finishing stages， reasonable setting of cutting tools， machining parameters， tool path selection and post-processing settings can generate CNC code can simplify programming and realize efficient machining of parts. Finally， the accuracy of CNC lathe programming of complex shaft parts-deep groove parts is verified by software wireframe simulation.

Keywords： complex shaft parts; CAXA; tool path; CNC lathe; process planning

近幾年來復雜深溝槽軸類零件在汽車、航空航天、裝備制造和職業技能大賽等領域應用非常廣泛，很多工件外形，如各種蝸桿、凸輪、連桿和螺旋桿等都有復雜溝槽，日漸增多的復雜溝槽類零件對加工技術都提出很高的要求，如何快速進行精密車削加工是該軸類零件加工生產過程中面臨的重大問題。

CAD/CAM是目前數控加工制造技術的重要組成部分，也是對復雜軸類深溝槽零件最直接有效的加工方式，能加快工業產品的開發速度，縮短各類產品的設計和制造周期。此應用技術對提高產品設計質量，尤其適用于小批量、高精度以及對加工一致性要求較高的產品加工優勢最為明顯。

目前，市面用于軸類零件自動編程的數控軟件較多，最常見的有CAXA數控車、Mastercam、UG、Pro/E和Cimatron等，作為國內知名的數字化設計和數字化制造系統軟件，CAXA是在全新的數控加工平臺開發的數控車床編輯和二維圖形設計軟件，具有CAD軟件強大的繪圖功能和完善的外部數據接口，可以繪制任意復雜的圖形，可通過DWG、DXF、IGES等數據接口與其他系統交換[1]，該軟件提供了功能強大、界面簡潔的軌跡生成手段，可按加工要求生成各種復雜圖形的加工軌跡，通過后置處理模塊使CAXA數控車可以滿足機床的代碼格式，可輸出G代碼，并對生成的代碼進行檢驗及加工仿真，根據軟件特性，本文以復雜軸類零件——深溝槽零件數控車加工為例，詳細分析在數控車床上利用CAXA軟件對復雜軸類零件CAD二維圖形進行軟件的編程，并對加工尺寸精度的保證和加工時長效率的提高進行更深層次的探討。

1" 二維圖形建圖

CAXA軟件提供豐富二維草圖的繪制功能，能繪制復雜的公式曲線、樣條曲線及各種二維圖形，其軟件本身CAD模塊就能實現軸類零件二維圖形，軟件本身還可讀取EXB、DWG、DXF和IGS等標準圖形接口，能快速準確地實現與其他CAD軟件圖形準確轉換，在實際生產加工過程中可根據具體情況采用最合理方式完成二維圖紙繪制，圖1所示的復雜軸類零件二維圖就是利用該軟件CAD模塊繪制。

工件圖紙的識讀基本知識要與CAXA軟件繪圖基本指令相結合，如何加工出一個合格零件，軟件繪圖是第一步也是最重要的一步，軟件基本指令必須熟記在心，直線、圓弧、平行線和過渡等命令必須熟練掌握并合理運用。

使用二維繪圖完成工件回轉體內外輪廓的繪制，利用軟件元素的平移功能或孔/軸命令、鏡像等基本操作繪制二維圖紙，進行草圖的裁剪、延伸等編輯操作，最后生成一個完整的二維回轉體工件模型[2]，繪圖者根據零件形位公差及基準準確繪制出草圖，編者通過長期教學實踐和個人加工經驗總結，利用孔/軸命令在圖紙繪制中比較準確容易，且不易出錯。

2" 復雜軸類零件數控車工藝

CAXA數控車軟件CAM加工功能主要有以下幾種。①輪廓粗車：該模塊功能用于實現對工件外部、內部輪廓表面和端面的粗精車加工[3]，用來迅速清除工件毛坯的多余部分。②輪廓精車：該模塊功能實現對工件外部輪廓表面、內部輪廓表面和端面的精車加工。③切槽粗精加工：該加工模塊功能用于在工件外部輪廓表面、內部輪廓表面和端面切槽。④鉆中心孔：該加工模塊用于在工件的旋轉軸中心鉆中心孔。⑤車螺紋加工：此加工模塊功能為非固定循環方式車削螺紋，可對螺紋加工中參數進行合理的設置，對加工方式進行靈活的控制。⑥螺紋固定循環：該功能采用固定循環加工方式車削內外螺紋。

深溝槽零件屬于典型復雜軸類零件，表現在第一點徑向切深較大，切削力過大，存在一定的刀具懸空距離、剛性較差問題；第二點排屑空間有限，容易產生積屑瘤，且難以快速冷卻[4]；第三點是切槽刀具主要以徑向切削為主，加工效率較低；第四點較容易在溝槽底部產生切削殘留，且退刀時易劃傷槽壁，導致零件加工表面質量受限。用普通車床難以完成該零件切槽加工，在數控車床采用手工編程費時費力，且不能保證零件加工尺寸精度要求，根據零件加工特點，采用CAXA軟件進行數控編程，所設計數控工藝如下。

根據軸類零件幾何尺寸，下面我們選擇一個Φ80 mm×127 mm數控車床加工的工件，以切槽刀及球刀進行粗精加工分析講解。數控車加工工藝設計見表1。表1" 數控車加工工藝設計

2.1" 外圓及端面粗加工

外圓及端面粗加工是零件加工基本步驟和第一工步，所有加工表面位于工件外表面，加工時產生比較大的切削力，切削力方向與工件軸線不一致，為了防止毛坯表面硬皮及端面凹凸不平引起受力不均勻導致刀片受損，外圓開粗加工之前，須選擇90度偏刀粗加工車刀，在毛坯表面及端面進行去皮加工，手動車削單邊最大車削深度1 mm，去除毛坯硬皮及進行端面加工。

2.2" 開粗加工

因為深溝槽零件為復雜軸類零件，在此選用CAXA軟件帶有的切槽加工模塊進行車削槽設計，分為溝槽粗加工和溝槽精加工，深溝槽車削加工時，粗車加工時利用余量去除方式，約切除80%加工余量，所耗費時間較多，應選擇高效、合理粗加工方式進行開粗，此類工件開粗加工采用切槽刀切槽方式，不僅能迅速車削掉大部分毛坯材料，又能合理避開普通外圓刀具無法進行的溝槽加工，防止刀具過切工件，粗加工采用3 mm的切槽刀，初始加工階段為促進效率提高多選擇較大背吃刀量，采用徑向走刀方式進行加工[5]。

1）單擊“數控車”按鈕，并選擇“車削槽加工”，系統彈出參數對話框，并根據實際加工要求分別填寫加工參數，最后點擊確定。

2）單擊“加工參數”選項卡，選擇外輪廓切槽表面類型，加工工藝類型為粗加工，加工方向為“縱向”，平移步距設置為2 mm，加工余量選擇為0.3 mm，切深行距1 mm、選擇“刀具只能下切”。

3）單擊“刀具參數”選項卡，修改切槽車刀參數，刀具寬度W為2 mm，刀刃寬度N為3 mm，刀尖圓弧半徑R0.4 mm，刀具號（T）為1，半徑補償D為1，最后點擊“入庫”，T0101切槽刀即入刀具庫中，可方便調用，切槽刀設置完成，單擊切削用量，速度設定中進退刀快速走刀，可根據實際加工經驗設置，進刀量設置0.15mm/rev，主軸轉速選項中選用“恒轉速”設置為800 r/min，最后點擊確定按鈕。

4）拾取需要粗加工輪廓曲線（右鍵確定），拾取終止曲線，最后拾取合理的進退刀點。

2.3" 半精車加工

半精車加工采用3 mm切槽刀及R1.5 mm圓弧球頭刀，采用拐角圓弧過渡，做相切圓、輔助線等方式，縱深加工方向加工，并為槽底及槽壁預留0.3 mm的精加工余量，采用圓弧球頭刀為了能在加工中去除普通槽刀無法加工的殘留，防止引起過切現象，提高加工精度及效率，半精加工的刀具軌跡設置如下。

1）單擊“數控車”按鈕，并選擇“車削槽加工”，系統彈出參數對話框，并根據實際加工要求分別填寫加工參數，最后點擊確定。

2）單擊“加工參數”選項卡，選擇外輪廓切槽表面類型，加工工藝類型為精加工，加工選擇“刀具只能下切”，加工精度設置為0.01，數值越小代表粗糙度越低，我們通常默認為0.01，加工余量設置為0.1 mm，末行刀次為1。

3）單擊“刀具參數”選項卡，選擇“刀庫”命令，選擇前邊已經設定好的切槽刀T0101，調用此刀具，半精加工切槽刀設置完成，單擊切削用量，速度設定中進退刀快速走刀，可根據實際加工經驗設置，進刀量設置0.1 mm/rev，主軸轉速選項中選用“恒轉速”設置為1 000 r/min ，最后點擊確定按鈕。

4）拾取需要半精加工輪廓曲線（右鍵確定），拾取終止曲線，最后拾取合理的進退刀點。

2.4" 精車加工

精車加工階段的主要目的是保持加工精度，保證各個尺寸鏈的位置度公差，因此必須在保證加工精度的前提下，提高加工效率，復雜深溝槽軸類零件在自動編程精加工重難點分析及解決方法。

關于外輪廓槽圓弧倒角過渡接刀痕問題，由于外圓深溝槽外表面有圓弧倒角過渡，根據實際加工經驗結合軟件自動編程功能，由于機床精度同軸度以及加工使用刀具可能不一致等各種問題，精加工時，圓弧倒角過渡和直線相切處無法平滑過渡，必須畫圓弧輔助線來約束刀具軌跡，刀具實際加工沿所畫輔助線進行走刀，然后平滑到圓弧倒角。如若不畫輔助線，切槽刀會以直線方式進行走刀，直線走刀必然會在圓弧處留下接痕，做相切圓弧過渡，不僅不會損傷零件表面粗糙度，最主要的是在圓弧倒角精加工處不會存留接刀痕，提高零件的外部表面粗糙度及外形美觀度。

關于切槽刀加工完溝槽如何防止退刀時劃傷槽壁問題，CAXA軟件在進行數控編程時，精車槽壁程序過程中，車刀會自動沿著槽壁進行平行退刀，如若刀刃殘留部分加工材料或刀具切削由于應力產生導致刀片有一定傾斜，勢必導致劃傷已加工的槽壁，此加工方法不可取，根據實際生產及多次試驗對比，此時應在軟件繪圖編程時槽底兩處繪制圓角命令來限制切槽刀退刀問題，如若車刀刀尖圓弧半徑R0.4 mm，槽底處圓角應繪制R0.55 mm圓角；車刀刀尖圓弧半徑R0.2 mm，槽底處圓角應繪制R0.35 mm圓角，根據此圓角進行繪制，車刀退刀時不會自動貼合槽壁來進行退刀，遠離槽壁，保護現已精加工成形的槽壁。

針對此類零件，精車與半精車加工參數設置大致相同，背吃刀量應小，為得到高質量加工表面，機床轉速選用1 000 r/min，精車加工溝槽時，必須逐一槽進行加工，每一個槽單獨加工完一側槽壁和槽底后，再單獨加工另一側槽底，保證尺寸鏈以及位置度公差，加工參數設置如圖2所示。

圖3顯示復雜軸類零件精加工刀具路徑，通過刀路軌跡可見對于復雜軸類零件采用上述加工工藝進行粗車加工和精車加工，加工效果比較理想，加工效率也有一定的提高，達到加工預期的效果。

2.5" 仿真驗證和后處理程序

復雜軸類零件刀具走刀路線生成后，須進行對應的刀路軌跡仿真驗證，以進一步證實刀具軌跡合理性，通過CAXA軟件帶有的線框仿真功能可對實際車削加工過程進行模擬仿真[6]，在仿真過程中進行車刀的干涉檢查，可驗證仿真刀具軌跡能否滿足實際加工需求，避免加工過程中出現干涉、過切與碰撞等危險現象發生，通過線框仿真過程驗證復雜軸類零件——深溝槽類數控車床加工準確性。

后置處理需要將CAXA中的刀具路徑轉換為機床識別的代碼格式，CAXA軟件提供多種控制系統并能根據特殊系統進行自定義更改[7]，更適合企業及學校進行合理設置，對于CAXA軟件自動生成的深溝槽零件刀具軌跡進行相應的后處理后，就可以通過RS232網絡在線傳輸或CF卡輸送給數控機床進行實際加工，以下為部分數控代碼。工件加工效果如圖4所示。

O0001

T0101

G99 S1000 M03

M08

G00 X150. Z150.

......

X34.109 F0.1

X24.086 Z-66.

X45.82

G03 X46.02 Z-66.1 R0.1

G01 Z-68.9

......

3" 結束語

CAXA軟件具有比較豐富的二維建模功能及自動編程能力，可用于復雜軸類零件車削加工編程，此文結合深溝槽零件二維建模及車削仿真加工實例，分析數控車加工工藝及各種參數設置等關鍵問題，合理設置粗車、精車加工階段車削刀具、切削進給用量、毛坯余量和刀具路徑設置等工藝參數，生成比較合適的刀具切削軌跡，并通過軟件自動的線框仿真驗證復雜軸類零件——深溝槽數控車床加工準確合理性。使用此加工工藝效果理想，加工效率提高，達到實際預期效果，在制造業生產應用及各類學校職業技能競賽中具有一定的參考借鑒價值。

參考文獻：

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[5] 張玉香.數控車加工精度影響因素及改進策略分析[J].機電產品開發與創新，2022，35（2）：132-134.

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[7] 張建民.數控加工自動編程系統的實現及技術分析[J].科技與創新，2015（34）：115.