基于CAXA制造工程师的加工策略研究

摘 要：零件CAM加工的基本流程是绘制零件的加工造型、设置加工毛坯、选择加工策略并综合考虑机床性能、零件加工要求等因素设置工艺参数，生成刀具轨迹，进行仿真验证，最终生成程序代码和工艺清单。其中加工方法的选择及软件中工艺参数的设置可视为零件加工工艺的分析和规划的实践，它是用CAM软件进行编程的主要操作内容，它不仅影响被加工零件的加工质量和加工效率，而且决定着机床性能的发挥和安全生产的顺利进行。

关键词：加工造型；等高线加工；扫描线加工；加工参数；加工策略

引言

CAXA制造工程师是面向型腔类模具和复杂形状零件的数控铣削加工的CAM软件，集设计、工艺、制造和管理四大领域。协同管理产品设计数据、机床资源库、刀具库和数控代码。其基本流程为分析图纸选择加工策略、绘制加工造型、设置加工毛坯、综合考虑机床性能、零件加工要求等因素设置工艺参数，生成刀具轨迹，进行仿真验证，最终生成程序代码和工艺清单。其中工艺参数的设置可视为零件加工工艺的分析和规划的实践，它是用CAM软件进行编程的主要操作内容，它不仅影响被加工零件的加工质量和加工效率，而且决定着机床性能的发挥和安全生产的顺利进行。本文通过对花瓶零件采用不同的加工方法及仿真验证，最终选择表面质量好、加工效率高的加工方案。

1 分析图纸确定加工方法

CAXA制造工程师常用于曲面加工的方法有等高线粗加工、等高线精加工、扫面线粗加工、扫面线精加工、导动线精加工等。每种加工方法各有特点，对同一曲面零件的加工往往可以采用多种加工方式，但其加工效率和表面质量存在一定的差异。由于导动线加工需要具备平面轮廓线和截面线，有些曲面不一定具备。本文以花瓶凸模加工为例，分析等高线加工和扫描线加工方式的加工效率和加工质量。

2 零件造型

2.1 零件造型

零件的加工造型有别于设计造型，设计造型是要构造零件的完整结构形状，零件的所有几何要素都要通过造型表达出来。而加工造型是以加工需要为目的，零件上与加工相关的几何要素要通过造型表达出来。实际上，加工造型仅针对工序造型，为本工序服务。对于花瓶凸模如图1加工所采用的等高线加工和扫描线加工需要对花瓶进行实体造型。造型步骤如下：

绘制花瓶的截面草图――旋转增料生成瓶体的实体造型――拉伸生成托体，如图2所示。

2.2 定义毛坯

毛坯的定义有三种方式，常用的方式是两点方式和参照模型。本文采用拾取两点的方式定义毛坯，如图2所示。

3 零件加工

由于毛坯和工件相比加工余量大，因此加工过程规划为粗加工和精加工两步完成。方法1采用扫描线粗加工、扫描线精加工和笔式清根补加工3种加工方法；方法2采用等高线粗加工、等高线精加工和笔式清根补加工3种加工方法；逐一比较其质量及效率。表一为加工参数。

3.1 等高线粗加工

等高线粗加工是刀具路径在同一高度内完成的切削，如同对零件进行水平切片一样，按照设置的层高，层层去除毛坯，它所针对的造型为实体造型。在数控加工中应用最为广泛，适用于大部分粗加工。方法一中采用了如下的加工方法。仿真加工效果如图3所示。

3.2 扫描线粗加工

扫描线加工主要用于多曲面形成的凸模和凹模的加工。解决加工平行于加工方向的竖直面加工效果差的问题，增加了自动识别竖直面并进行补加工的功能，提高了加工效果和效率。仿真加工效果如图4所示。

（1）应用扫面线加工时，一般情况下要求模型时是右对称的。

（2）应用扫面线加工时，加工造型可以是实体也可以是曲面。

3.3 两种加工轨迹的比较

模具的凹凸模的仿形加工通常用等高线加工和扫描线加工两法，等高线加工即沿模具形状一定高度的轮廓周缘仿形切削，扫描线加工则是沿模具垂直截面形状不同高度上下起伏切削。等高线法刀具路径、切削负荷和方向变化小，更易保证余量均匀，维持恒定切削速度，背向和侧刀吃刀量。以上各项变化少，就减少了刀具损伤，提高了它的寿命。而扫描线仿形加工时，刀具不断进入退出，反复地顺铣逆铣，刀刃上热应力变化，负荷变化急剧，刀具易损，加工表面质量也较差。在比较两种粗加工方法的表面质量和加工效率后，选择等高线粗加工作为花瓶的粗加工方案。而精加工由于扫描线精加工适合于对称曲面及多曲面形成的凸模。故精加工选择扫描线精加工方法。

3.4 确定加工方法

本文采用粗加工为等高线粗加工，精加工采用扫描线精加工，最后采用笔式清根补加工3种加工方法完成花瓶零件的加工。如图5所示。加工精度、加工时间、程序长度和代码行数在各种方法中都是最优的。

4 加工工艺参数设置

（1）刀具选择与加工参数：下刀方式选择切入切出方向，粗加工时垂直切入、垂直切出，精加工时考虑接刀痕的问题。

（2）软件编程的参数设置：

a. 安全高度

编程时开始下刀前的一个高度，以及程序中间、结尾要抬刀的高度，程序中间的抬刀高度可以由参考高度来确定。而当勾选上只有在开始及结束的操作才使用安全高度，则出来的程序里面只有两处是到安全高度数的，开始和结尾。中间则都会抬到所设的参考高度值，为安全起见，不能低于工件最高位置，太高了则浪费时间，低了则发生碰撞。当刀具抬刀横跨到下一处时中间要跃过障碍物，不能发生干涉碰撞。一般为50或100，特殊情况特殊设置。

b. 参考高度

运用好参考高度可以节省很多空刀时间。比如要对一个轮廓内的拐角进行清角，我们用2D外形的残料加工，每走一层的抬刀就是参考高度值，如果不设参考就要抬到安全高度了。

c. 进给下刀位置

在下刀前我们都会给一个小小的走G01的高度缓冲。比如说我要从Z0位置开始加工，会从Z1位置开始用G01走。一般情况下会设置在1-3这个范围。

5 结束语

（1）切削方式采用顺铣以减小刀具切入毛坯时的受力。

（2）为避免粗铣切人工件时，刀具受力过大，特别采用立铣刀时，应采用螺旋进刀。

（3）精铣时应采用圆弧进刀，可以避免刀具过切工件。

（4）应用笔式清根加工时，一般选用较小的球头刀。

参考文献

[1]纪多斌，赵利.高速铣翻加工铝合金花瓶凸模[J].机械制造与研究，2008.

[2]王春海，张增良.CAXA的曲面精加工方法比较与应用[J].现代制造工程，2005（7）.

[3]吴为.CAXA制造工程师2008机械设计与加工教程[J].2010（10）.

[4]裴娣娜.基于CAXA制造工程师曲面加工方法的比较[J].新技术新工艺，2009（6）.

[5]王力强，方沂，R琼义，等.铝合金薄壁盒体高速加工研究[J].模具工业，2006（6）：61-64.

[6]马强，候涛.B型槽的高速铣削加工工艺分析与仿真研究[J].中州大学学报，2005（1）：120-121.

作者简介：武瑞峰（1972-），女，汉族，内蒙古凉城人，讲师，硕士研究生，研究发向：机械电子。