基于caxa制造工程师2008多轴加工研究

摘要：文章阐述了用caxa制造工程师2008对2010年全国高职院校技能大赛“复杂部件造型、多轴联动编程与加工”样题中的叶轮加工部分进行造型、轨迹生成及程序的生成和实际加工的研究。

关键词：caxa制造工程师2008；多轴；四轴平切面加工

随着现代制造业的快速发展，机械加工的效率要求越来越高，零件形状越来越复杂，高速高效加工的重要性日益突出，作为当今先进加工技术――多轴加工技术在机械加工技术领域中的作用愈加重要。多轴加工与一般的三坐标铣削加工和普通的两坐标车削加工不同，一方面要计算出点位坐标数据，还需要得到坐标点上的矢量方向数据，这个矢量方向在加工中通常用来表达刀具的刀轴方向，这就对计算能力提出了挑战。目前这项工作最经济的解决方案是通过计算机和CAM软件来完成，众多的CAM软件都具有这方面的能力。但是，这些软件在使用和学习上难度比较大，编程过程中需要考虑的因素比较多，能使用CAM软件编程的技术人员成为多坐标加工的一个瓶颈因素。

院校作为企业人才培养的摇篮，需要适应当前中国工业的发展需求。目前，多轴加工在数控教学实训当中的地位越来越突出。全国数控大赛的方向已经向多轴加工发展。本文对动力机械元件-2010年全国高职院校技能大赛“复杂部件造型、多轴联动编程与加工”样题中的叶轮加工部分进行造型、对轨迹生成及程序的生成和实际加工进行了研究。

一、对叶轮的分析

从图1分析得出：该叶轮叶片形状相对简单，精加工采用四轴加工可以加工完成。一般的立式加工中心所带的第四轴的一般为X轴的旋转轴，所以造型时要注意草绘平面的选择。

二、叶轮的三维建模 2.1支撑圆环造型

选择yz平面，创建草图，画直径40的圆，点击特征生成栏中的拉伸按钮，类型设置为双向拉伸，深度为24，点击确定。

（一）构建叶片轮廓曲线与拉伸叶片轮廓曲线生成实体

首先根据提供的样条线数据画其中一个叶片轮廓，再选择xz平面创建草图，利用曲线投影按钮把叶片轮廓曲线投影到草图中，拉伸深度50，点击确定，然后用环形阵列功能绕x轴阵列另外5个叶片，最后对叶片根部进行倒R4的圆角。

（二）对叶片多余部分进行曲面裁剪

先画截面直径为60裁剪曲面，再通过“曲面裁剪除料”按钮把叶片拉伸多余部分除掉，注意选择箭头方向，叶轮造型完成（见图2）。

三、基于caxa制造工程师2008对叶轮进行自动编程

（一）零件加工特征

该零件的叶片侧壁为直壁的，可以用四轴加工可以加工出来，从三维图型分析，首先对直径60的圆棒进行三轴半粗加工，再用槽加工中的曲线式铣槽加工方式进行叶片侧面的半精加工，然后在用四轴平切面加工方式来加工叶轮的精加工。

（二）叶轮的三轴半粗加工

首先创建毛坯，再根据叶轮的特征画一个叶片的加工边界（见图3），采用常用的等高粗加工方式，对加工参数进行设置，采用R4的球头铣刀进行粗加工，加工方向为顺铣、层高1、行距为3、加工余量为0.3、区域切削类型为仅切削，刀具设置里采用R4的球头铣刀，其他参数采用默认，点击确定后选择工件，用鼠标右键确定，然后选择刚才所画的加工边界，生成一个叶片的粗加工刀具轨迹（见图4），最后用机床第四轴分度功能加工另外五个叶片。

（三）用槽加工中的曲线式铣槽加工方式进行叶片侧面的半精加工

首先利用曲线生成栏中的相关线功能键，在下拉菜单中选择实体边界然后去点击叶片倒圆后的边界线（见图5）。然后选择槽加工方式中的曲线式铣槽加工功能，设置加工参数：加工精度需要高一点，设置为0.001，刀具设置为R球头铣刀，其他为默认设置，点击确定后选择刚才生成的边界线，按右键确定，生成单个叶片的精加工轨迹（见图6），然后用机床第四轴分度功能加工另外五个叶片的半精加工轨迹。

（四）用四轴平切面加工方式来加工叶轮的整体精加工

在叶轮的整体精加工中，首先用曲面生成栏中的实体边面按钮，选择所有表面，把叶轮的外表面析出曲面来（见图7）。然后用加工菜单下面的多轴加工里的四轴平切面加工，设置加工参数：在四轴平切面加工中，旋转轴一般为X轴行距定义方式为平行加工，角度增量为1°，走刀方式为往复，边界不保护，加工精度为0.005，刀具参数设置为R4球头铣刀，其他设置默认，单击确定，拾取选取对象-除去两圆端面的所有曲面，拾取进刀点，选择加工侧-外侧，选择加工方向，再选择需要改变加工侧的曲面，这时会出现很多箭头，有朝里和朝外都有，要注意的是使箭头都要朝向外侧（见图8）。然后按鼠标右键确定计算刀路轨迹，生成如下刀路轨迹（见图9）。

图7

图9

四、生成NC程序进行数控加工

通过线框模拟与仿真检查所生成的刀路轨迹，确定正确后，利用Caxa制造工程师2008后置处理功能，对零件加工的刀路轨迹生成所需要的NC代码（针对各不同数控系统生成不同的程序），用对应的数控加工设备利用在线传输软件，对零件进行实践加工。

五、结束语

根据该叶轮的特点，最后运用四轴平切面加工方式对叶轮的整体精加工，生成的程序通过实际加工，达到了较好的效果；相对于叶轮中的一个叶片先全部精加工，再用第四轴分度的方式来加工另外的五个叶片，这样的办法出程序相对简单，但在每个叶片之间会有明显的接痕，用四轴平切面加工方式对叶轮的整体精加工避免了这一缺点，提高加工精度。

（作者单位：浙江工业职业技术学院）