王瑩 張琳琳

撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 遼寧撫順 113006

基于CAXA-ME的典型零件三維建模與數(shù)控仿真加工

王瑩 張琳琳

撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 遼寧撫順 113006

基于CAXA-ME的CAD/CAM功能，用其CAD模塊對零件進(jìn)行三維實(shí)體建模，用其CAM模塊對零件進(jìn)行加工模型的創(chuàng)建、加工設(shè)置、成型過程仿真和數(shù)控編程，利用制造工程師CAM系統(tǒng)的后處理功能，自動(dòng)生成零件的數(shù)控加工NC代碼，提高零件的設(shè)計(jì)、制造速度。

CAXA-ME；三維建模；數(shù)控仿真

Author’s addressDepartment of Mechanical and Electrical Engineering, Fushun Vocational and Technical College, Fushun, Liaoning, China 113006

1 引言

CAXA制造工程師是我國自主研發(fā)的集三維設(shè)計(jì)、虛擬仿真加工、自動(dòng)生成G代碼等功能于一體的CAD/CAM軟件，具有強(qiáng)大的實(shí)體曲面混合造型功能和豐富的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品復(fù)雜的3D造型設(shè)計(jì)和自動(dòng)生成適合任何數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼，并通過加工仿真或代碼反讀檢驗(yàn)加工工藝和代碼校驗(yàn)?，F(xiàn)以一個(gè)典型零件為例，闡述CAXA在三維造型設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程及仿真加工過程中的優(yōu)勢與亮點(diǎn)。

2 基于CAXA的三維建模

2.1 CAXA的CAD模塊功能概述

CAXA的CAD功能提供有二維線框造型、特征實(shí)體造型、曲面造型和曲面實(shí)體混合造型方法。

二維線框造型可以利用各種基本圖素命令（如直線、圓弧、圓、矩形、橢圓、樣條、點(diǎn)、公式曲線、多邊形、二次曲線、等距線、曲面投影、相關(guān)線和文字等），方便快捷地繪制出各種復(fù)雜圖形。此外，CAXA還提供了曲線編輯和幾何變換功能，利用這些功能可降低繪圖難度，提高繪圖效率。

特征實(shí)體造型可將零件的設(shè)計(jì)信息用特征術(shù)語描述，造型便捷而準(zhǔn)確。通常的零件特征有孔、槽、型腔、凸臺(tái)、肋板等。特征實(shí)體模型的生成可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、導(dǎo)動(dòng)、放樣或曲面加厚等增料方式實(shí)現(xiàn)，或采用減料方式及曲面裁剪實(shí)體完成零件特征。有些特征也可采用半徑過渡、倒角、打孔、肋板、拔模斜度或抽殼等高級特征工具完成。

自由曲面造型功能提供了豐富的曲面造型工具，對于任意復(fù)雜的零件模型，可通過列表數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型、文本文件及各種測量數(shù)據(jù)生成樣條曲線。通過掃描、放樣、導(dǎo)動(dòng)、邊界、網(wǎng)格等多種形式生成復(fù)雜曲面，并可對曲面進(jìn)行任意的裁剪、過渡延伸、縫合、拼接等編輯處理。

曲面實(shí)體混合造型模式將曲面造型和實(shí)體造型進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)曲面裁剪實(shí)體、曲面生成實(shí)體、曲面約束實(shí)體的混合操作。

2.2 零件的三維建模

零件模型的三維建模過程首先從零件工程圖紙開始，分析零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形狀，然后確定造型的方法和設(shè)計(jì)步驟。由圖1可知，該零件為板類槽形零件，零件結(jié)構(gòu)簡單，幾何形狀規(guī)則，零件模型的設(shè)計(jì)可通過實(shí)體造型方法完成，即在X-Y面繪制草圖，拉伸增料生成基本體，然后由基本體拉伸除料生成槽，即可快速完成零件實(shí)體模型，如圖2所示。

圖1 零件圖

3 基于CAXA的數(shù)控仿真加工

3.1 CAXA的CAM模塊功能概述

CAXA軟件支持二軸到五軸的數(shù)控銑削和高速切削功能，并且提供粗加工、精加工、補(bǔ)加工、槽加工、孔加工和圓角宏加工等豐富的數(shù)控加工方式，可以對刀具加工軌跡進(jìn)行編輯和批處理，通過代碼反讀校驗(yàn)數(shù)控NC代碼的正確性，通過軌跡仿真檢驗(yàn)加工過程是否存在干涉，后置處理可直接輸出G代碼控制指令，并能根據(jù)需要自定義數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式。

3.2 零件的數(shù)控仿真加工

由圖1可知，該零件為板類槽形零件，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形狀制定相應(yīng)的數(shù)控加工工藝，選用適合零件外形及槽的加工方式，該零件粗、精加工分別采用等高線粗加工方式和等高線精加工方式，等高線粗、精加工參數(shù)見表1、表2。

表1 等高線粗加工參數(shù)表

表2 等高線精加工參數(shù)表

圖2 零件實(shí)體模型

圖3 加工軌跡

圖4 G代碼

數(shù)控加工用零件模型通過實(shí)體特征到加工管理的切換，將零件幾何模型無縫導(dǎo)入加工空間，零件的模型由幾何模型轉(zhuǎn)化為加工模型，然后進(jìn)行數(shù)控加工參數(shù)設(shè)置。毛坯的設(shè)定選用參照模型，尺寸與零件加工用毛坯一致，據(jù)表1粗加工參數(shù)確定全局起始點(diǎn)高度，隨后機(jī)床后置設(shè)置，選用或設(shè)定數(shù)控系統(tǒng)，確定編程格式，設(shè)置刀具參數(shù)，等高線粗加工軌跡路徑如圖3a所示。根據(jù)已生成的刀具加工軌跡，經(jīng)后置設(shè)置生成數(shù)控G代碼程序，等高線粗加工G代碼見圖4a。

對于精加工G代碼的生成，加工參數(shù)設(shè)定見表2，等高線精加工軌跡如圖3b所示，對應(yīng)軌跡路徑的G代碼見圖4b。隨后進(jìn)入仿真器對零件加工過程進(jìn)行仿真加工，校驗(yàn)加工程序的正確性和刀具軌跡的干涉檢查。

零件加工仿真是通過CAXA-ME的軌跡仿真器實(shí)現(xiàn)，有線框仿真和實(shí)體仿真2種模式。零件加工仿真在CAXA制造工程師仿真環(huán)境中完成，仿真過程顯示毛坯、刀具及刀柄，動(dòng)態(tài)仿真加工真實(shí)感強(qiáng)。根據(jù)零件設(shè)定的加工參數(shù)，展現(xiàn)工件實(shí)際加工刀具的切削軌跡路徑，槽形零件等高線粗。精加工仿真見圖5。根據(jù)加工仿真，檢查刀具、刀柄、夾具及機(jī)床是否存在干涉，判斷刀具軌跡路徑是否理想校驗(yàn)加工程序的正確性，從而實(shí)現(xiàn)對刀具軌跡編輯和優(yōu)化，保證加工程序的正確和零件的加工質(zhì)量。

圖5 精加工仿真

4 結(jié)語

CAXA-ME軟件可以準(zhǔn)確快速設(shè)計(jì)加工模型，通過零件加工工藝參數(shù)設(shè)置，生成數(shù)控銑削加工程序。通過加工仿真，實(shí)現(xiàn)對刀具軌跡編輯和優(yōu)化處理，避免加工過程中的漏切、過切和碰撞問題，確保程序的正確性。特別是手工編程難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜零件CAXA-ME的CAD/CAM強(qiáng)大功能可免于編程人員的繁瑣數(shù)值計(jì)算，大幅縮短編程工時(shí)，實(shí)現(xiàn)非實(shí)際加工的參數(shù)校驗(yàn)，提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度。

[1]劉穎.CAXA制造工程師2008實(shí)例教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009

[2]陳明,劉鋼,鐘敬文.CAXA制造工程師:數(shù)控加工[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006

[3]宋學(xué)文,劉錫鋒.CAD/CAM應(yīng)用[M].西安:西北大學(xué)出版社,2005

Three-dimensional Molding and NC Simulation Manufacturing for Typical Parts on CAXA-ME

//Wang Ying,Zhang Linlin

Based on the CAD/CAM functions of CAXA-ME, the three-dimensional solid model was generated by using its CAD module, its CAM module was used to create a process model, process settings, forming process simulation and numerical control programming. The post-processing functions of the CAM module can be applied to automatically generate the NC code of the parts for CNC machining, which improved the parts design and manufacture velocity.

CAXA-ME; three-dimensional modeling; NC simulation

TP391

B

1671-489X(2011)12-0087-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.12.087

作者：王瑩，碩士，講師，研究方向?yàn)镃AD/CAM及數(shù)控加工編程。