曹著明 馬永旺

摘要：CAXA制造工程師2008是數(shù)控加工、模具設(shè)計(jì)與加工中應(yīng)用廣泛的CAD/CAM軟件。該軟件與其他軟件相比，大幅提高了零件設(shè)計(jì)與加工的質(zhì)量和效率。文章介紹了如何應(yīng)用CAXA制造工程師2008設(shè)置葉輪軸中葉片加工的走刀路線，包括加工工藝、操作流程、輔助線設(shè)計(jì)等，同時(shí)文章闡述了CAXA制造工程師2008的特點(diǎn)、刀具路徑設(shè)計(jì)流程及優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：CAXA制造工程師2008；葉片；刀具路徑；流程；輔助線

中圖分類號(hào)：TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）05-0025-03

隨著現(xiàn)代裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，零件的形狀變得更加復(fù)雜，零件加工的效率要求越來越高，高速、高效加工的重要性欲顯突出，作為當(dāng)今先進(jìn)加工技術(shù)——多軸加工技術(shù)在機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域中的作用越來越重要。多軸加工與一般的三坐標(biāo)（X、Y、Z）銑削加工和普通的兩坐標(biāo)（X、Z）車削加工不同，不僅要計(jì)算出加工位置的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，而且還得計(jì)算出坐標(biāo)點(diǎn)上的矢量方向數(shù)據(jù)，這個(gè)矢量方向在數(shù)控加工中通常稱為刀具的刀軸方向，計(jì)算刀軸矢量數(shù)據(jù)方向?qū)λ芯幊陶邅碚f都是個(gè)難題。目前這項(xiàng)工作最高效的解決方法是通過CAD/CAM軟件來完成。大多數(shù)的CAD/CAM軟件都具有坐標(biāo)、矢量計(jì)算能力，比如UG、PROE、powermill、mastercam等，但是這些軟件都是按國外人員的思維習(xí)慣來設(shè)置的，在使用和學(xué)習(xí)上難度比較大，編程過程中需要考慮的問題較多，參數(shù)設(shè)置量大，培養(yǎng)熟練操作多軸CAD/CAM軟件編程的技術(shù)人員成為多軸加工中的一個(gè)瓶頸。

基于多軸加工、高速加工在當(dāng)今制造業(yè)中的重要性，作為培養(yǎng)企業(yè)高技能人才的地方——高等職業(yè)院校應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)，在教學(xué)中引入多軸加工、高速加工相關(guān)知識(shí)，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中選擇多軸加工零件作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以適應(yīng)企業(yè)的需求。全國數(shù)控技能大賽作為職業(yè)院校教學(xué)教改的方向標(biāo)，近些年已經(jīng)把多軸加工作為大賽的比賽方案。本文對(duì)“風(fēng)力驅(qū)動(dòng)器”（2010年全國高職院校技能大賽“復(fù)雜部件造型多軸聯(lián)動(dòng)編程與加工”樣題）中的葉輪軸中葉片的走刀路線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。

1 CAXA制造工程師2008

CAXA制造工程師軟件易學(xué)、高效，是一款高效的CAD/CAM軟件，它為數(shù)控加工提供了從造型、建模、設(shè)計(jì)到數(shù)控加工代碼生成、仿真加工、數(shù)控加工代碼驗(yàn)證等一體化的解決方案，該軟件同時(shí)也被稱為數(shù)控機(jī)床的“大腦”。CAXA制造工程師軟件不僅融合了多軸加工技術(shù)以及很多國外高速加工技術(shù)，而且它在數(shù)控代碼的轉(zhuǎn)換和反讀方面有非常強(qiáng)的功能，如將FANUC數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換為SIMENS代碼、HEIDENHAIN代碼、華中數(shù)控代碼等。

CAXA制造工程師2008新增了多種曲面、特征實(shí)體造型手段及2軸到5軸數(shù)控加工等重要功能。在基于CAXA制造工程師2006的基礎(chǔ)上，CAXA制造工程師2008對(duì)原有功能做了提升，尤其是實(shí)現(xiàn)手工編程、使用宏程序和轉(zhuǎn)換代碼的編程助手模塊；針對(duì)五軸數(shù)控加工模塊還新增了曲線加工、五軸側(cè)銑、曲面區(qū)域加工、五軸G01鉆孔、五軸軌跡轉(zhuǎn)換為四軸軌跡等功能；針對(duì)四軸模塊增強(qiáng)了銑槽加工功能，更新了四軸加工后置處理，支持360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)角度；改進(jìn)了系統(tǒng)的License檢測，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)場景。CAXA制造工程師2008被全國數(shù)控技能大賽組委會(huì)指定為第三屆全國總決賽軟件平臺(tái)。

2 葉片加工工藝分析

本文研究加工的零件——葉輪軸中的葉片，如圖1所示，就是要完成葉片的走刀路線的設(shè)計(jì)。由于該葉片是拉伸增料造型獲得的，所以在加工該葉片時(shí)可以在三軸的模式下完成一個(gè)葉片的刀路設(shè)置，然后在立式四軸聯(lián)動(dòng)加工中心中，通過A軸旋轉(zhuǎn)60°完成第二個(gè)葉片的加工，再依次類推直到把第六個(gè)葉片加工出來。所以葉輪軸中葉片的刀路設(shè)置，就轉(zhuǎn)換成在三軸模式下一個(gè)葉片的刀具路徑設(shè)置了。

在加工該零件時(shí)，葉片部位已被加工成Φ60的圓柱，使用的機(jī)床為四軸聯(lián)動(dòng)加工中心（VDF-850D型）；使用的刀具是：粗加工時(shí)用Φ8的立銑刀，精加工時(shí)用Φ4的球刀。同時(shí)應(yīng)注意的是在刀路設(shè)置時(shí)應(yīng)已完成了零件的造型，現(xiàn)在是在造型的基礎(chǔ)上應(yīng)用CAXA制造工程師2008完成葉片走刀路線的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)完后該軟件能自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床完成零件的加工。這里所謂走刀路徑也就是走刀路線。為完成葉片的加工，共用到三個(gè)刀路設(shè)置策略，分別是用“等高線粗加工”開粗，去除毛坯周邊余量；然后用曲線式銑槽刀路對(duì)葉片側(cè)面進(jìn)行精加工；最后用曲面區(qū)域式加工刀路對(duì)葉片根部的圓柱表面進(jìn)行精加工，其作用如圖2所示：

3 葉片的刀路設(shè)置

為完成葉片刀具路徑的設(shè)置，首先要已完成輔助線的設(shè)置，為刀路設(shè)置提供走刀方向以及為設(shè)置加工區(qū)域提供圖素；其次要設(shè)置加工區(qū)域，也就是在加工葉片時(shí)限定它的加工范圍，否則生成的刀路就有可能把相鄰葉片切除；這兩項(xiàng)設(shè)置完后就可以開始進(jìn)行刀路設(shè)置了。整個(gè)刀路設(shè)置流程如圖3所示：

輔助線設(shè)計(jì)是整個(gè)刀路設(shè)置過程的重點(diǎn)、核心。這里一共需要設(shè)置5條輔助線，如圖4所示。第一條輔助線是在葉片的上表面，我們通過選擇軟件中的“曲面邊界線”工具，然后選擇葉片上表面，這樣在葉片的上邊面曲面的周邊就自動(dòng)生成一條輔助線了，第一條輔助線是基礎(chǔ)，是為做其他輔助線提供源圖素用的。第二條輔助線是在第一條的基礎(chǔ)上做一個(gè)等距線，使其往外擴(kuò)張。第二條輔助線是為第二個(gè)刀路——曲線式銑槽提供走刀方向的。也就是說在精加工葉片側(cè)面時(shí)，刀具的中心將沿著這條曲線一層一層地往下銑削。因?yàn)榧庸r(shí)是刀具的側(cè)刃進(jìn)行加工，所以第一條和第二條輔助線之間距離應(yīng)該由加工時(shí)使用的刀具的半徑來確定。

第三條輔助線是在第一條輔助線的基礎(chǔ)上做投影線，投影到葉片根部的圓柱表面的。選擇軟件中的“曲面投影線”工具，然后系統(tǒng)提示選擇要投影的線（這里選擇輔助線1），然后系統(tǒng)提示選擇投影面（這里選擇圓柱面），這樣軟件就能自動(dòng)生成投影曲線——輔助線3。這條輔助線是在曲面區(qū)域式加工時(shí)限定加工區(qū)域用的。第四、第五條曲線是在第三條的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)60°獲得第四條，旋轉(zhuǎn)

-60°獲得第五條，這兩條曲線是為做加工區(qū)域曲線而準(zhǔn)備的。五條輔助線都是有其特定作用的，有的是限定加工范圍用的，有的是提供走刀方向用的，有的是提供源圖素，做好這五條輔助線是完成刀路設(shè)置的前提。

輔助線設(shè)計(jì)好后還需設(shè)計(jì)加工區(qū)域，給生成的走刀路線限定范圍，保證加工葉片時(shí)生成的刀路不會(huì)切到相鄰的葉片。如圖5所示，首先在俯視圖中，在相鄰的兩個(gè)葉片靠近待加工葉片的一側(cè)畫兩條樣條線，然后畫一個(gè)矩形將整個(gè)圓柱面包圍起來，然后通過修剪就能獲得加工區(qū)域曲線。在設(shè)置刀路時(shí)，設(shè)定加工區(qū)域，把刀路限定在加工區(qū)域范圍，就能保證加工葉片時(shí)刀路是安全的，刀具不會(huì)干涉到零件的其他部位。

輔助線、加工區(qū)域設(shè)計(jì)好后，就可以設(shè)置刀路了。第一個(gè)刀路策略是等高線粗加工，該加工模式意思是指加工時(shí)一層一層地由外往內(nèi)進(jìn)行加工。設(shè)置刀路時(shí)軟件先提示選擇加工對(duì)象（全選），然后系統(tǒng)提示選擇加工區(qū)域（選擇剛才做的加工區(qū)域曲線），把這兩個(gè)選擇后，系統(tǒng)就自動(dòng)能生成等高線粗加工刀路。第二個(gè)刀路策略是曲線式銑槽加工，該加工模式意思是指加工時(shí)刀具沿著一條曲線一層一層地由上往下進(jìn)行挖槽加工。在設(shè)置刀路時(shí)軟件先提示選擇“曲線路徑”（這里我們選擇第二條輔助線），然后系統(tǒng)提示選擇“加工對(duì)象”，也就是說沿曲線銑槽銑到什么位置（這里選擇圓柱面）。把這兩個(gè)選擇后，系統(tǒng)就自動(dòng)能生成曲線式銑槽刀路。第三個(gè)刀路策略是曲面區(qū)域式加工，該加工模式意思是指加工時(shí)刀具貼著曲面的表面進(jìn)行加工。在設(shè)置刀路時(shí)軟件先提示選擇刀工對(duì)象，這里因?yàn)槭蔷庸と~片根部的，所以選擇葉片根部的圓柱面，然后系統(tǒng)提示選擇加工區(qū)域（選擇之前做的加工區(qū)域曲線），最后系統(tǒng)提示選擇“島嶼”（不允許加工的區(qū)域，這里選擇第三條輔助線），把這三項(xiàng)選擇后，系統(tǒng)就自動(dòng)能生成曲面區(qū)域式加工刀路。刀路設(shè)置操作如圖6所示。

4 結(jié)語

作為具有卓越工藝性能的優(yōu)秀三維設(shè)計(jì)與制造軟件——CAXA制造工程師2008在數(shù)控加工中能夠提供曲面和實(shí)體的3D造型、模具設(shè)計(jì)功能，并且具有高效的數(shù)控自動(dòng)編程手段和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接口功能，在現(xiàn)代制造領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。隨著CAXA制造工程師的廣泛應(yīng)用，其數(shù)控加工功能將得到進(jìn)一步拓展，同時(shí)將變得更加可靠。

本文介紹了在CAXA制造工程師中如何完成葉輪軸中的葉片的走刀路線的設(shè)置。該方法實(shí)現(xiàn)了用三軸軟件完成對(duì)多軸零件的刀路設(shè)置。該方法簡便、適用，加工出的零件能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于一些特殊的葉輪葉片加工，我們完全可以運(yùn)用三軸加工方式來解決。CAXA制造工程師多樣化的加工方式可以安排從粗加工、半精加工到精加工的加工工藝路線理念；對(duì)于四軸加工零件提供了曲線加工、平切面加工、參數(shù)線加工、側(cè)刃銑削加工等，使加工更加簡便、更有效率。

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基金項(xiàng)目：本項(xiàng)目獲得北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助

作者簡介：曹著明（1981-），福建寧化人，北京電子科技職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）