CAXA軟件在復(fù)雜軸類零件車削加工中的應(yīng)用

摘" 要：CAXA是我國制造業(yè)信息化CAD/CAM/PLM領(lǐng)域自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件的優(yōu)秀代表和知名品牌，軟件具有強(qiáng)大的CAD/CAM功能應(yīng)用，該文以軸類零件車削加工為例，針對(duì)目前制造業(yè)生產(chǎn)及職業(yè)技能競(jìng)賽中常見的高精度深溝槽零件工藝特點(diǎn)，正確運(yùn)用CAXA軟件進(jìn)行零件的數(shù)控車削加工編程，正確設(shè)定粗加工、半精加工、精加工階段，合理設(shè)置切削刀具、加工參數(shù)、刀具軌跡選擇及后處理設(shè)置等方面，生成NC代碼，可簡(jiǎn)化編程并實(shí)現(xiàn)零件高效加工，最后通過軟件線框仿真，驗(yàn)證復(fù)雜軸類零件——深溝槽零件數(shù)控車編程的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜軸類零件；CAXA；刀具軌跡；數(shù)控車；工藝設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH164" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：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(fù)雜深溝槽軸類零件在汽車、航空航天、裝備制造和職業(yè)技能大賽等領(lǐng)域應(yīng)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(fù)雜溝槽，日漸增多的復(fù)雜溝槽類零件對(duì)加工技術(shù)都提出很高的要求，如何快速進(jìn)行精密車削加工是該軸類零件加工生產(chǎn)過程中面臨的重大問題。

CAD/CAM是目前數(shù)控加工制造技術(shù)的重要組成部分，也是對(duì)復(fù)雜軸類深溝槽零件最直接有效的加工方式，能加快工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)速度，縮短各類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期。此應(yīng)用技術(shù)對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，尤其適用于小批量、高精度以及對(duì)加工一致性要求較高的產(chǎn)品加工優(yōu)勢(shì)最為明顯。

目前，市面用于軸類零件自動(dòng)編程的數(shù)控軟件較多，最常見的有CAXA數(shù)控車、Mastercam、UG、Pro/E和Cimatron等，作為國內(nèi)知名的數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造系統(tǒng)軟件，CAXA是在全新的數(shù)控加工平臺(tái)開發(fā)的數(shù)控車床編輯和二維圖形設(shè)計(jì)軟件，具有CAD軟件強(qiáng)大的繪圖功能和完善的外部數(shù)據(jù)接口，可以繪制任意復(fù)雜的圖形，可通過DWG、DXF、IGES等數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)交換[1]，該軟件提供了功能強(qiáng)大、界面簡(jiǎn)潔的軌跡生成手段，可按加工要求生成各種復(fù)雜圖形的加工軌跡，通過后置處理模塊使CAXA數(shù)控車可以滿足機(jī)床的代碼格式，可輸出G代碼，并對(duì)生成的代碼進(jìn)行檢驗(yàn)及加工仿真，根據(jù)軟件特性，本文以復(fù)雜軸類零件——深溝槽零件數(shù)控車加工為例，詳細(xì)分析在數(shù)控車床上利用CAXA軟件對(duì)復(fù)雜軸類零件CAD二維圖形進(jìn)行軟件的編程，并對(duì)加工尺寸精度的保證和加工時(shí)長效率的提高進(jìn)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(fù)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(shí)現(xiàn)軸類零件二維圖形，軟件本身還可讀取EXB、DWG、DXF和IGS等標(biāo)準(zhǔn)圖形接口，能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)與其他CAD軟件圖形準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中可根據(jù)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(fù)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(shí)讀基本知識(shí)要與CAXA軟件繪圖基本指令相結(jié)合，如何加工出一個(gè)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(yùn)用。

使用二維繪圖完成工件回轉(zhuǎn)體內(nèi)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(jìn)行草圖的裁剪、延伸等編輯操作，最后生成一個(gè)完整的二維回轉(zhuǎn)體工件模型[2]，繪圖者根據(jù)零件形位公差及基準(zhǔn)準(zhǔn)確繪制出草圖，編者通過長期教學(xué)實(shí)踐和個(gè)人加工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，利用孔/軸命令在圖紙繪制中比較準(zhǔn)確容易，且不易出錯(cuò)。

2" 復(fù)雜軸類零件數(shù)控車工藝

CAXA數(shù)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(shí)現(xiàn)對(duì)工件外部、內(nèi)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(shí)現(xiàn)對(duì)工件外部輪廓表面、內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(huán)方式車削螺紋，可對(duì)螺紋加工中參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，對(duì)加工方式進(jìn)行靈活的控制。⑥螺紋固定循環(huán)：該功能采用固定循環(huán)加工方式車削內(nèi)外螺紋。

深溝槽零件屬于典型復(fù)雜軸類零件，表現(xiàn)在第一點(diǎn)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(diǎn)排屑空間有限，容易產(chǎn)生積屑瘤，且難以快速冷卻[4]；第三點(diǎn)是切槽刀具主要以徑向切削為主，加工效率較低；第四點(diǎn)較容易在溝槽底部產(chǎn)生切削殘留，且退刀時(shí)易劃傷槽壁，導(dǎo)致零件加工表面質(zhì)量受限。用普通車床難以完成該零件切槽加工，在數(shù)控車床采用手工編程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能保證零件加工尺寸精度要求，根據(jù)零件加工特點(diǎn)，采用CAXA軟件進(jìn)行數(shù)控編程，所設(shè)計(jì)數(shù)控工藝如下。

根據(jù)軸類零件幾何尺寸，下面我們選擇一個(gè)Φ80 mm×127 mm數(shù)控車床加工的工件，以切槽刀及球刀進(jìn)行粗精加工分析講解。數(shù)控車加工工藝設(shè)計(jì)見表1。表1" 數(shù)控車加工工藝設(shè)計(jì)

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(shí)產(chǎn)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?qū)е碌镀軗p，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(jìn)行去皮加工，手動(dòng)車削單邊最大車削深度1 mm，去除毛坯硬皮及進(jìn)行端面加工。

2.2" 開粗加工

因?yàn)樯顪喜哿慵閺?fù)雜軸類零件，在此選用CAXA軟件帶有的切槽加工模塊進(jìn)行車削槽設(shè)計(jì)，分為溝槽粗加工和溝槽精加工，深溝槽車削加工時(shí)，粗車加工時(shí)利用余量去除方式，約切除80%加工余量，所耗費(fèi)時(shí)間較多，應(yīng)選擇高效、合理粗加工方式進(jìn)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(jìn)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(jìn)效率提高多選擇較大背吃刀量，采用徑向走刀方式進(jìn)行加工[5]。

1）單擊“數(shù)控車”按鈕，并選擇“車削槽加工”，系統(tǒng)彈出參數(shù)對(duì)話框，并根據(jù)實(shí)際加工要求分別填寫加工參數(shù)，最后點(diǎn)擊確定。

2）單擊“加工參數(shù)”選項(xiàng)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?yàn)椤翱v向”，平移步距設(shè)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(shù)”選項(xiàng)卡，修改切槽車刀參數(shù)，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(hào)（T）為1，半徑補(bǔ)償D為1，最后點(diǎn)擊“入庫”，T0101切槽刀即入刀具庫中，可方便調(diào)用，切槽刀設(shè)置完成，單擊切削用量，速度設(shè)定中進(jìn)退刀快速走刀，可根據(jù)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，進(jìn)刀量設(shè)置0.15mm/rev，主軸轉(zhuǎn)速選項(xiàng)中選用“恒轉(zhuǎn)速”設(shè)置為800 r/min，最后點(diǎn)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(jìn)退刀點(diǎn)。

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(yù)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(xiàn)象，提高加工精度及效率，半精加工的刀具軌跡設(shè)置如下。

1）單擊“數(shù)控車”按鈕，并選擇“車削槽加工”，系統(tǒng)彈出參數(shù)對(duì)話框，并根據(jù)實(shí)際加工要求分別填寫加工參數(shù)，最后點(diǎn)擊確定。

2）單擊“加工參數(shù)”選項(xiàng)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(shè)置為0.01，數(shù)值越小代表粗糙度越低，我們通常默認(rèn)為0.01，加工余量設(shè)置為0.1 mm，末行刀次為1。

3）單擊“刀具參數(shù)”選項(xiàng)卡，選擇“刀庫”命令，選擇前邊已經(jīng)設(shè)定好的切槽刀T0101，調(diào)用此刀具，半精加工切槽刀設(shè)置完成，單擊切削用量，速度設(shè)定中進(jìn)退刀快速走刀，可根據(jù)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，進(jìn)刀量設(shè)置0.1 mm/rev，主軸轉(zhuǎn)速選項(xiàng)中選用“恒轉(zhuǎn)速”設(shè)置為1 000 r/min ，最后點(diǎn)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(jìn)退刀點(diǎn)。

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(gè)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(fù)雜深溝槽軸類零件在自動(dòng)編程精加工重難點(diǎn)分析及解決方法。

關(guān)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(jù)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合軟件自動(dòng)編程功能，由于機(jī)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(shí)，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(shí)際加工沿所畫輔助線進(jìn)行走刀，然后平滑到圓弧倒角。如若不畫輔助線，切槽刀會(huì)以直線方式進(jìn)行走刀，直線走刀必然會(huì)在圓弧處留下接痕，做相切圓弧過渡，不僅不會(huì)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(huì)存留接刀痕，提高零件的外部表面粗糙度及外形美觀度。

關(guān)于切槽刀加工完溝槽如何防止退刀時(shí)劃傷槽壁問題，CAXA軟件在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，精車槽壁程序過程中，車刀會(huì)自動(dòng)沿著槽壁進(jìn)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(yīng)力產(chǎn)生導(dǎo)致刀片有一定傾斜，勢(shì)必導(dǎo)致劃傷已加工的槽壁，此加工方法不可取，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)及多次試驗(yàn)對(duì)比，此時(shí)應(yīng)在軟件繪圖編程時(shí)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(yīng)繪制R0.55 mm圓角；車刀刀尖圓弧半徑R0.2 mm，槽底處圓角應(yīng)繪制R0.35 mm圓角，根據(jù)此圓角進(jìn)行繪制，車刀退刀時(shí)不會(huì)自動(dòng)貼合槽壁來進(jìn)行退刀，遠(yuǎn)離槽壁，保護(hù)現(xiàn)已精加工成形的槽壁。

針對(duì)此類零件，精車與半精車加工參數(shù)設(shè)置大致相同，背吃刀量應(yīng)小，為得到高質(zhì)量加工表面，機(jī)床轉(zhuǎn)速選用1 000 r/min，精車加工溝槽時(shí)，必須逐一槽進(jìn)行加工，每一個(gè)槽單獨(dú)加工完一側(cè)槽壁和槽底后，再單獨(dú)加工另一側(cè)槽底，保證尺寸鏈以及位置度公差，加工參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

圖3顯示復(fù)雜軸類零件精加工刀具路徑，通過刀路軌跡可見對(duì)于復(fù)雜軸類零件采用上述加工工藝進(jìn)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(dá)到加工預(yù)期的效果。

2.5" 仿真驗(yàn)證和后處理程序

復(fù)雜軸類零件刀具走刀路線生成后，須進(jìn)行對(duì)應(yīng)的刀路軌跡仿真驗(yàn)證，以進(jìn)一步證實(shí)刀具軌跡合理性，通過CAXA軟件帶有的線框仿真功能可對(duì)實(shí)際車削加工過程進(jìn)行模擬仿真[6]，在仿真過程中進(jìn)行車刀的干涉檢查，可驗(yàn)證仿真刀具軌跡能否滿足實(shí)際加工需求，避免加工過程中出現(xiàn)干涉、過切與碰撞等危險(xiǎn)現(xiàn)象發(fā)生，通過線框仿真過程驗(yàn)證復(fù)雜軸類零件——深溝槽類數(shù)控車床加工準(zhǔn)確性。

后置處理需要將CAXA中的刀具路徑轉(zhuǎn)換為機(jī)床識(shí)別的代碼格式，CAXA軟件提供多種控制系統(tǒng)并能根據(jù)特殊系統(tǒng)進(jìn)行自定義更改[7]，更適合企業(yè)及學(xué)校進(jìn)行合理設(shè)置，對(duì)于CAXA軟件自動(dòng)生成的深溝槽零件刀具軌跡進(jìn)行相應(yīng)的后處理后，就可以通過RS232網(wǎng)絡(luò)在線傳輸或CF卡輸送給數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工，以下為部分?jǐn)?shù)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(jié)束語

CAXA軟件具有比較豐富的二維建模功能及自動(dòng)編程能力，可用于復(fù)雜軸類零件車削加工編程，此文結(jié)合深溝槽零件二維建模及車削仿真加工實(shí)例，分析數(shù)控車加工工藝及各種參數(shù)設(shè)置等關(guān)鍵問題，合理設(shè)置粗車、精車加工階段車削刀具、切削進(jìn)給用量、毛坯余量和刀具路徑設(shè)置等工藝參數(shù)，生成比較合適的刀具切削軌跡，并通過軟件自動(dòng)的線框仿真驗(yàn)證復(fù)雜軸類零件——深溝槽數(shù)控車床加工準(zhǔn)確合理性。使用此加工工藝效果理想，加工效率提高，達(dá)到實(shí)際預(yù)期效果，在制造業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用及各類學(xué)校職業(yè)技能競(jìng)賽中具有一定的參考借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韋洪新，曾高.CAXA數(shù)控車手工編程與自動(dòng)編程的比較研究[J].黑龍江工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（綜合版），2020，20（11）：88-92.

[2] 白雪玲，劉文靜，胡延?xùn)|，等.如何利用CAXA數(shù)控車軟件加工軸及軸上鍵槽[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（19）：102-103.

[3] 張?jiān)?關(guān)于數(shù)控自動(dòng)編程加工的后處理問題[J].河北農(nóng)機(jī)，2021（9）：87-88.

[4] 徐軍平.數(shù)控車在加工溝槽時(shí)刀路的優(yōu)化和分析[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2020（8）：59-60.

[5] 張玉香.數(shù)控車加工精度影響因素及改進(jìn)策略分析[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2022，35（2）：132-134.

[6] 高紹艷，張洲碩.基于CAXA數(shù)控車、編程助手和斐克仿真軟件配合的數(shù)控車削加工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（3）：13-14.

[7] 張建民.數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及技術(shù)分析[J].科技與創(chuàng)新，2015（34）：115.