CAXA制造工程師在數控加工制造中的應用

CAXA制造工程師是一款優秀的國產數控加工軟件，隨著軟件知名度的提高，在國內的用戶群與日俱增。為了推動國產軟件的應用，也為了使大家盡快對CAXA制造工程師有一個清晰的了解，我們選擇了本篇文章。本文介紹了CAXA制造工程師在數控加工制造中應用的具體步驟，圖文并茂，可讀性較好。

??? 一、引言

??? 現階段，許多工廠常用二維設計軟件進行基于2D的平面圖零件設計，然后由工藝人員/程序員按3D概念，直接以G代碼或APT語言進行NC編程。這種方法適用于一般簡單零件的平面加工、直線加工、回轉體加工及點位加工。其編程速度較快，代碼簡潔。對于幾何形狀復雜、夾具裝配復雜，特別是對非圓曲面的加工，上述編程方法就十分困難了。

??? 因為對空間幾何圖形和軌跡進行數學處理的計算量大、過程復雜，不易掌握，而且編程過程中，不能對加工環境構成要素的幾何體之間的空間關系進行檢查。將刀位坐標轉為加工對象的幾何圖形再進行檢查，精度低，不直觀，因此需上機調試程序，占用數控機床工時，技術準備周期較長。

??? 近幾年來，CAM技術發展迅速，圖形處理功能有了很大增強，硬件平臺價格大幅下降，同時，CAD/CAM軟件技術也日益成熟。這使得直接將零件的幾何體信息轉變為數控加工程序的國產CAD/CAM軟件——CAXA制造工程師得以推廣和應用。

??? 二、CAM數控加工技術

??? 1. CAM數控加工概述

??? CAM數控加工技術是在刀具建庫、夾具建庫、NC建模和CAD實體造型集成的基礎上，在計算機中建立機床加工環境，根據加工工藝方案設置參數，模擬機床的實際切削過程，進行刀具干涉檢查，最后生成NC代碼文件，即G代碼，輸入機床完成零件加工。其關鍵技術如下：

??? (1)夾具庫的建立、多工位夾具的裝配及在各工序間的切換；
??? (2)裝配式刀具庫的建立及在仿真切削過程中的調用；
??? (3)NC建模系統的應用調試；
??? (4)使用CAM軟件的刀具、夾具數據庫中的系列刀具元件、夾具元件加工毛坯模型；
??? (5)模擬加工試切過程，并進行切削干涉檢查；
??? (6)修改刀具路徑；
??? (7)應用軟件功能，生成刀具、夾具及部件裝配圖和刀具路徑圖、輸出各種工藝信息及報表。

??? 2. 用CAXA制造工程師實現數控加工

??? CAXA制造工程師以CAD生成的零件幾何信息為基礎，采用人機交互對話方式，在計算機屏幕上指定被加工件的幾何特征，定義相關的加工參數，由計算機進行數據處理，并動態顯示加工路徑，最后輸出NC代碼數據，特別是它所提供的仿真切削功能，能模擬加工環境進行切削，并檢查刀具是否干涉。

??? 用CAXA制造工程師實現數控加工的過程如圖1所示。

圖1 CAXA制造工程師實現數控加工的流程

??? 三、基于CAXA制造工程師的工藝加工過程

??? 1. CAXA制造工程師制造功能模塊的主要功能

??? CAXA制造工程師是一個曲面實體相結合的CAD/CAM一體化的國產CAM軟件，是基于三維的零件設計、制造和分析的軟件包。其制造功能模塊主要具有以下功能：

??? (1)保證數據的唯一性和相關性
??? 如果對一個零件模型進行了修改，與此零件相關的裝配圖、零件圖等都會自動更新。

??? (2)強大的加工環境設計能力
??? 能夠模擬加工條件，建立三維的組裝式夾具裝配、刀具裝配、加工毛坯系列；圖形交互式人機對話；有多種進刀方式，可自動生成加工刀具路徑。能進行銑削、鏜削、車削、鉸孔、線切割等多種加工。每種加工都提供多種加工方式；能圖形顯示刀具路徑；屏幕模擬實際切削過程，顯示材料去除過程和進行刀具干涉檢查；可提供完整的工藝過程信息。可提供刀具裝配、安裝、使用信息，夾具安裝、使用信息，機床使用信息，工藝參數設置信息等。

??? 2. 用CAXA制造工程師在數控機床上進行工藝分析及加工的過程

??? 基于CAXA制造工程師的技術支持，在數控機床上進行零件加工工藝分析及加工的過程，可分為下面的幾個階段：

??? (1)準備工作
??? 在這個階段里，主要完成加工環境設計工作，即在完成工藝方案設計的前提下，在計算機上完成數控機床參數設置，刀具元件建庫、刀具組裝，通用夾具元件建庫、專用夾具元件建模、夾具組裝等，目的是建立一個三維工件的加工環境。

??? (2)工件模型造型設計
??? 利用CAXA-CAD提供的直線、圓弧以及樣條線等平面繪圖功能和拉伸、除料、放樣等實體造型功能，可以將設計元素加工混合，進行三維加工數據的建模，用曲線、曲面和實體表達工件。在對零件造型過程中，可以直接使用軟件提供的三維設計功能，也可以將二維制圖中參數線等元素，引入到CAXA建模中，實現CAD數據的準確交換，生成滿足數控加工的三維數據模型，實現復雜零件的三維實體造型設計。示例如圖2所示。

圖2 五角星三維實體造型

??? (3)加工方案設計
??? 對以上零件的三維建模進行分析，按工藝方案的要求，根據零件毛坯、夾具裝配之間空間幾何關系及刀具特征和參數，篩選最適合的加工方法。對實體造型進行進一步的工藝分析，根據加工性質修改增補造型，根據加工特點以及加工能力，確定需要加工的三維實體面，再分析實體的組成情況，擬定刀具的進入路徑、切削路徑、退出路徑，找到刀具在運動中可能發生干涉的部位，并及時地進行加工環境調整。

??? (4)生成加工軌跡
??? 根據需加工零件的形狀特點及工藝要求，利用CAXA制造工程師中提供的曲面、導動、參數線、投影、等高等加工方法，靈活選定需要加工的實體部分，輸入相關的數據參數和要求，可快速顯示圖形、生成刀具軌跡和刀具切削路徑。示例如圖3所示。

圖3 五角星的加工軌跡

??? 針對實體不同加工性質和加工部位的特點，采用不同的加工方法從而生成不同的粗加工和精加工軌跡。編程人員可以根據實際需要，靈活地選擇加工部位和加工方法。加工軌跡生成后，利用刀位編輯、軌跡的連接和打斷編輯以及參數修改等功能對相關軌跡進行編輯和修改。運用軌跡仿真功能，即可屏幕模擬實際切削過程，顯示材料去除過程和進行刀具干涉檢查，檢驗生成的刀具軌跡是否滿足要求，查看切削后的工件截面，確保不會出現過切。示例如圖4～圖5所示。

圖4 屏幕模擬切削過程

圖5 仿真加工結果

??? (5)生成G代碼
??? 數控編程的核心工作就是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點，經后置處理產生數控加工程序。當加工軌跡生成后，按照當前機床類型的配置要求，把已經生成的刀具軌跡自動轉化成合適的數控系統加工G代碼，即CNC數控加工程序。但不同的機床其數控系統是不盡相同的，不同的數控系統其G代碼功能不同，加工程序的格式也有所區別，所以要對G代碼進行后置處理，以對應于相應的機床。利用軟件的加工工藝參數后置處理功能，可以通過對“后置處理設置”進行修改，使其適用于機床數控系統的要求，或按機床規定的格式進行定制。定制后，可以保存設置，用于今后與此類機床匹配需要。

??? G代碼生成后，可根據需要，自動生成加工工序單，程序會根據加工軌跡編制中的各項參數自動計算各項加工工步的加工時間，這非常便于生產管理識別和加工工時的計算。我們還可通過直觀的加工仿真和代碼反讀來檢驗加工工藝和代碼的質量。

??? (6)G代碼傳輸和機床加工
??? 生成的G代碼要傳輸給機床，如果程序量少而機床內存容量允許的話，可以一次性地將G代碼程序傳輸給機床。如果程序量巨大，就需要進行DNC在線傳輸，將G代碼通過計算機標準接口直接與機床連通，在不占用機床系統內存的基礎上，實現計算機直接控制機床的加工過程。機床根據接收到的G代碼加工程序，就可進行在線DNC加工或單獨加工了。

??? 四、結束語

??? 我們用CAXA制造工程師對示例零件進行了數控加工，刀具路徑設計合理、正確，執行加工一次成功。與傳統的手編程的數控加工相比較，有以下幾個特點：

??? (1)在計算機屏幕上，面向零件的幾何圖形，以鼠標指點操作對象，使用相關菜單進行編程設計，方法簡單易學。
??? (2)編程結果直觀，以刀具路徑在屏幕上顯示，處理速度快。經仿真切削和刀具干涉檢查，所編程序一次成功，大幅度減少了機床調整時間和機床試切時間。
??? (3)減少了程序調試時間，減少了機床工時占用，縮短了生產周期。
??? (4)采用數控技術不僅可以縮短生產周期，又避免了多次裝夾，提高了加工精度，提高加工的準確性和加工復雜零件的能力。