基于CAXA制造工程师软件的复杂曲面数控加工

摘 要：CAXA制造工程师通过加工管理窗口集成、自动编程相关的基本设置以及加工轨迹生成，为后置处理，即将加工轨迹转化为数控机床的可识别G代码指令并生成加工工艺单奠定基础。文章介绍CAXA制造工程师环境下的模型、毛坯和刀具等基本设置，以及加工轨迹的生成与仿真检验。

关键词：CAXA；工程师软件；曲面；数控加工

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）14-0128-02

每一种加工轨迹的生成方式，并不是孤立的，而是有联系的，可以互相配合，互相补充，要根据零件的结构和技术要求，综合考虑，以保证加工出合格零件为最终目的。要学好数控加工自动编程，除了熟练掌握本软件所提供的各种轨迹生成功能外，更重要的是要有一个扎实的机械加工基础知识和生产实践经验，能够综合应用有关刀具、夹具、工艺和材料等相关知识，培养正确的分析和解决生产实际问题的能力。要说明的一点是，所谓粗加工功能和精加工功能，仅仅指生成的轨迹是单层的还是多层的，并非完全针对零件的某道工序，比如，用区域式粗加工功能，完全可以生成某个零件平面区域的粗加工以及精加工轨迹，加工精度和加工余量是通过设置加工参数来实现的。CAXA制造工程师2006软件只是一个工具，要想得到一个正确的零件数控加工轨迹和G代码，首先要求操作者有一个正确的加工工艺思想，所谓自动编程就是将操作者的工艺思想通过CAD/CAM软件转换成加工轨迹和G代码的过程。

1 CAXA制造工程师软件

CAXA制造工程师软件是在Windows环境下运行CAD/CAM一体化的数控加工编程软件。软件集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、加工工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。CAXA制造工程师新版本新增加的功能与原来的名称有重复的在后面加数字以示区别，但原功能在该版本中还继续保留。由于此软件投资少，易学好用的特点，目前，广泛应用于各类职业院校和普通院校，是全国数控技能大赛指定的专用CAD/CAM软件之一，也是前两届数控大赛参赛选手应用最多的软件，它的基础性和概念性为学生更快更好地掌握其他CAD/CAM软件起到了很好的桥梁作用。同时，随着CAXA制造工程师软件功能的不断增强，在各类企业也得到了越来越广泛的应用。

CAXA制造工程师的用户界面和其他Windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单和工具条驱动；状态栏指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置；特征/轨迹树记录了历史操作和相互关系；绘图区显示各种功能操作的结果；同时，绘图区和特征/轨迹树为用户提供了数据的交互功能。CAXA制造工程师2006工具条中每一个按钮都对应一个菜单命令，单击按钮和单击菜单命令的操作是同效的。

2 CAXA制造工程师软件的自动编程

2.1 选择基准面

每操作一次只能生成一个轮廓特征，一个零件是由多个特征累加而成的，每生成一个轮廓特征必须经过三个步骤：确定基准面，绘制草图，生成特征。基准面，简单地说就好比建筑物必须依托的地面一样，它是草图必须依赖的一个平面。基准面平行于零件的投影面。基准面可以是特征树中已有的坐标平面，也可以是实体中生成的某个平面，还可以是构造出的平面。例如，我们选择特征树中的“平面XY”为零件的基准面。选择基准面后，进行的下一步工作是绘制草图。

2.2 绘制草图

草图也称轮廓，相当于建筑物的地基，是指生成三维实体必须依赖的封闭曲线组合，即为特征造型准备的一个平面图形，也就是图中所示的投影图形。在绘制草图的时候，可以通过两种方法进行。第一，先绘制出图形的大致形状，然后通过草图参数化的功能，对图形进行修改，最终获得所期望的图形。第二，也可以直接按照标准尺寸精确作图。实践过程中可以根据各自的喜好选择使用。所谓参数化设计（也叫尺寸驱动），指在对图形的几何数据进行参数化修改时，还满足图形的约束条件，亦即保证连续、相切、垂直、平行等关系不变。对于零件设计的草图参数化分为两种情况：一是在草图环境下，对绘制的草图标注尺寸以后只需改变尺寸的数值，二维草图就会随着给定的尺寸值而变化，达到最终期望的精确形状；二是对于生成的实体无论造型操作到哪一步，通过对尺寸驱动草图，可以相应地更新实体的相关尺寸和参数，自动改变零件的大小，并保持所有的特征和特征间的相互关系不变，重新生成造型的形状。特征参数化是指对生成的实体通过修改特征生成过程中的任意参数，可以相应地更新造型的相关尺寸和形状，自动改变零件的外形，并保持所有的特征间的相互关系不变。

2.3 实体特征造型

特征是建构实体模型的基础，实体模型就像建筑物一样，是由许多特征组合起来形成的。建构实体模型就好像玩橡皮泥一样，可以随意地在橡皮泥上添加一块或者除掉一块。特征与此非常类似，有增料特征、除料特征等，每一项特征都十分简单易用。

2.4 用户界面

用户界面（简称界面）是交互式绘图软件与用户进行信息交流的中介。系统通过界面反映当前信息状态将要执行的操作，用户按照界面提供的信息做出判断，并经由输入设备进行下一步的操作。零件设计的用户界面和其他Windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单和工具条驱动，状态栏指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置，特征树记录了历史操作和相互关系，绘图区显示各种功能操作的结果，同时，功能区和特征树为用户提供了数据交互的功能。零件设计可以实现自定义界面布局。

3 CAXA制造工程师软件在复杂曲面数控加工中

的应用

3.1 建立曲面模型及自动编程

加工曲面可以采用的加工策略主要包括以下几个方面：

①等高线精加工。可以用加工边界和高度限定轨迹范围，进行局部等高加工；可以自动在轨迹尖角拐角处增加圆弧过渡，可以通过输入角度控制对平坦区域的识别；并可以控制平坦区域加工的先后次序。程序大小为33.1 k。

②参数线精加工。是针对规则曲面的一种加工方式。平行走刀，走刀的方向与面的参数线方向有关。程序大小为364 k。

③扫描线精加工。该功能增加了自动识别竖直面并进行补加工的功能，同时可以在轨迹尖角处增加圆弧过渡，适用于高速加工。程序大小为500 k。

④三维偏置精加工。生成在三维空间等间距的刀具轨迹，保证加工结果有相同的残留高度。程序大小为500 k。

⑤轮廓导动精加工。轮廓导动精加工，不需要造型，只需作出轮廓线和导动线即可，按照轮廓线和导动线加工，但每层是单轨迹。程序大小为5.44 k。

3.2 加工策略的选择及参数的设定

上述几种加工方式中，如果加工参数选用不合适，刀轨会在层与层之间互为反方向加工，或者是在层与层之间出现不必要的抬刀轨迹，造成曲面上在换向处或者在进退刀处产生一条很明显的由上而下的残留刀痕，可以说，这种现象在自动编程加工中很容易出现，尤其是在高速加工中更容易产生。

根据以上理论分析和使用几种加工策略生成的数控程序，在实际加工加工中的验证，发现结果如下：此类规则曲面的加工，使用轮廓导动精加工策略比较合适。因为这种加工方法简化了造型的过程、产生的轨迹有序、加工出的曲面表面质量高、机床运行平稳及程序传输时间短等。

3.3 轮廓导动精加工参数的设定

①设定合理的截距，数值太小则刀轨过于密急；影响加工效率，数值太大则加工出的曲面粗糙。数值大小是曲面参数线上的弧长距离。

②选择合理的走刀方式。选择单向较好，采用这种走刀方式在加工时机床运行非常平稳，采用往复式时机床在换向时抖动得很严重，尤其是在高速加工时；拐角过渡方式选择圆弧方式，机床运行较平稳。

③有时需选择合理的切入切出方式，如圆弧切人切出，不要直接于工件，这样会提高曲面的加工质量。

参考文献：

[1] 周玮.CAXA制造工程师2008应用与实例教程[M].北京:北京大学出版社,2010.

[2] 吴康福.对复杂曲面零件的数控自动编程[J].广西轻工业,2009,25(7).

[3] 赵杰.机械CAD /CAM [M].大连:大连理工大学出版社,2004.