CAXA制造工程师在数控加工制造中的应用

CAXA制造工程师在数控加工制造中的应用

CAXA制造工程师是一款优秀的国产数控加工软件，随着软件知名度的提高，在国内的用户群与日俱增。为了推动国产软件的应用，也为了使大家尽快对CAXA制造工程师有一个清晰的了解，我们选择了本篇文章。本文介绍了CAXA制造工程师在数控加工制造中应用的具体步骤，图文并茂，可读性较好。

    一、引言

    现阶段，许多工厂常用二维设计软件进行基于2D的平面图零件设计，然后由工艺人员/程序员按3D概念，直接以G代码或APT语言进行NC编程。这种方法适用于一般简单零件的平面加工、直线加工、回转体加工及点位加工。其编程速度较快，代码简洁。对于几何形状复杂、夹具装配复杂，特别是对非圆曲面的加工，上述编程方法就十分困难了。

    因为对空间几何图形和轨迹进行数学处理的计算量大、过程复杂，不易掌握，而且编程过程中，不能对加工环境构成要素的几何体之间的空间关系进行检查。将刀位坐标转为加工对象的几何图形再进行检查，精度低，不直观，因此需上机调试程序，占用数控机床工时，技术准备周期较长。

    近几年来，CAM技术发展迅速，图形处理功能有了很大增强，硬件平台价格大幅下降，同时，CAD/CAM软件技术也日益成熟。这使得直接将零件的几何体信息转变为数控加工程序的国产CAD/CAM软件——CAXA制造工程师得以推广和应用。

    二、CAM数控加工技术

    1. CAM数控加工概述

    CAM数控加工技术是在刀具建库、夹具建库、NC建模和CAD实体造型集成的基础上，在计算机中建立机床加工环境，根据加工工艺方案设置参数，模拟机床的实际切削过程，进行刀具干涉检查，最后生成NC代码文件，即G代码，输入机床完成零件加工。其关键技术如下：

    (1)夹具库的建立、多工位夹具的装配及在各工序间的切换；
    (2)装配式刀具库的建立及在仿真切削过程中的调用；
    (3)NC建模系统的应用调试；
    (4)使用CAM软件的刀具、夹具数据库中的系列刀具元件、夹具元件加工毛坯模型；
    (5)模拟加工试切过程，并进行切削干涉检查；
    (6)修改刀具路径；
    (7)应用软件功能，生成刀具、夹具及部件装配图和刀具路径图、输出各种工艺信息及报表。

    2. 用CAXA制造工程师实现数控加工

    CAXA制造工程师以CAD生成的零件几何信息为基础，采用人机交互对话方式，在计算机屏幕上指定被加工件的几何特征，定义相关的加工参数，由计算机进行数据处理，并动态显示加工路径，最后输出NC代码数据，特别是它所提供的仿真切削功能，能模拟加工环境进行切削，并检查刀具是否干涉。

    用CAXA制造工程师实现数控加工的过程如图1所示。

图1 CAXA制造工程师实现数控加工的流程

    三、基于CAXA制造工程师的工艺加工过程

    1. CAXA制造工程师制造功能模块的主要功能

    CAXA制造工程师是一个曲面实体相结合的CAD/CAM一体化的国产CAM软件，是基于三维的零件设计、制造和分析的软件包。其制造功能模块主要具有以下功能：

    (1)保证数据的唯一性和相关性
    如果对一个零件模型进行了修改，与此零件相关的装配图、零件图等都会自动更新。

    (2)强大的加工环境设计能力
    能够模拟加工条件，建立三维的组装式夹具装配、刀具装配、加工毛坯系列；图形交互式人机对话；有多种进刀方式，可自动生成加工刀具路径。能进行铣削、镗削、车削、铰孔、线切割等多种加工。每种加工都提供多种加工方式；能图形显示刀具路径；屏幕模拟实际切削过程，显示材料去除过程和进行刀具干涉检查；可提供完整的工艺过程信息。可提供刀具装配、安装、使用信息，夹具安装、使用信息，机床使用信息，工艺参数设置信息等。

    2. 用CAXA制造工程师在数控机床上进行工艺分析及加工的过程

    基于CAXA制造工程师的技术支持，在数控机床上进行零件加工工艺分析及加工的过程，可分为下面的几个阶段：

    (1)准备工作
    在这个阶段里，主要完成加工环境设计工作，即在完成工艺方案设计的前提下，在计算机上完成数控机床参数设置，刀具元件建库、刀具组装，通用夹具元件建库、专用夹具元件建模、夹具组装等，目的是建立一个三维工件的加工环境。

    (2)工件模型造型设计
    利用CAXA-CAD提供的直线、圆弧以及样条线等平面绘图功能和拉伸、除料、放样等实体造型功能，可以将设计元素加工混合，进行三维加工数据的建模，用曲线、曲面和实体表达工件。在对零件造型过程中，可以直接使用软件提供的三维设计功能，也可以将二维制图中参数线等元素，引入到CAXA建模中，实现CAD数据的准确交换，生成满足数控加工的三维数据模型，实现复杂零件的三维实体造型设计。示例如图2所示。

图2 五角星三维实体造型

    (3)加工方案设计
    对以上零件的三维建模进行分析，按工艺方案的要求，根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具特征和参数，筛选最适合的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析，根据加工性质修改增补造型，根据加工特点以及加工能力，确定需要加工的三维实体面，再分析实体的组成情况，拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径，找到刀具在运动中可能发生干涉的部位，并及时地进行加工环境调整。

    (4)生成加工轨迹
    根据需加工零件的形状特点及工艺要求，利用CAXA制造工程师中提供的曲面、导动、参数线、投影、等高等加工方法，灵活选定需要加工的实体部分，输入相关的数据参数和要求，可快速显示图形、生成刀具轨迹和刀具切削路径。示例如图3所示。

图3 五角星的加工轨迹

    针对实体不同加工性质和加工部位的特点，采用不同的加工方法从而生成不同的粗加工和精加工轨迹。编程人员可以根据实际需要，灵活地选择加工部位和加工方法。加工轨迹生成后，利用刀位编辑、轨迹的连接和打断编辑以及参数修改等功能对相关轨迹进行编辑和修改。运用轨迹仿真功能，即可屏幕模拟实际切削过程，显示材料去除过程和进行刀具干涉检查，检验生成的刀具轨迹是否满足要求，查看切削后的工件截面，确保不会出现过切。示例如图4～图5所示。

图4 屏幕模拟切削过程

图5 仿真加工结果

    (5)生成G代码
    数控编程的核心工作就是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。当加工轨迹生成后，按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的刀具轨迹自动转化成合适的数控系统加工G代码，即CNC数控加工程序。但不同的机床其数控系统是不尽相同的，不同的数控系统其G代码功能不同，加工程序的格式也有所区别，所以要对G代码进行后置处理，以对应于相应的机床。利用软件的加工工艺参数后置处理功能，可以通过对“后置处理设置”进行修改，使其适用于机床数控系统的要求，或按机床规定的格式进行定制。定制后，可以保存设置，用于今后与此类机床匹配需要。

    G代码生成后，可根据需要，自动生成加工工序单，程序会根据加工轨迹编制中的各项参数自动计算各项加工工步的加工时间，这非常便于生产管理识别和加工工时的计算。我们还可通过直观的加工仿真和代码反读来检验加工工艺和代码的质量。

    (6)G代码传输和机床加工
    生成的G代码要传输给机床，如果程序量少而机床内存容量允许的话，可以一次性地将G代码程序传输给机床。如果程序量巨大，就需要进行DNC在线传输，将G代码通过计算机标准接口直接与机床连通，在不占用机床系统内存的基础上，实现计算机直接控制机床的加工过程。机床根据接收到的G代码加工程序，就可进行在线DNC加工或单独加工了。

    四、结束语

    我们用CAXA制造工程师对示例零件进行了数控加工，刀具路径设计合理、正确，执行加工一次成功。与传统的手编程的数控加工相比较，有以下几个特点：

    (1)在计算机屏幕上，面向零件的几何图形，以鼠标指点操作对象，使用相关菜单进行编程设计，方法简单易学。
    (2)编程结果直观，以刀具路径在屏幕上显示，处理速度快。经仿真切削和刀具干涉检查，所编程序一次成功，大幅度减少了机床调整时间和机床试切时间。
    (3)减少了程序调试时间，减少了机床工时占用，缩短了生产周期。
    (4)采用数控技术不仅可以缩短生产周期，又避免了多次装夹，提高了加工精度，提高加工的准确性和加工复杂零件的能力。