基于CAXA制造工程師四軸浮雕加工策略的應用

年得君 孫耀恒 孫護義

一、引言

多軸加工是指數控設備至少具備第四軸，并可以同時聯動加工。主要用于復雜類零件的加工，加工精度高，可以在一次裝夾中完成多面多方位加工，能提高零件的加工精度，避免刀具發生千涉、欠切和過切現象。四軸包裹加工不僅可以完成簡單的柱面螺旋槽、凸輪槽等特征，還可以完成復雜曲面特征加工。無需進行柱面特征建模，以柱面展開圖即可完成加工，操作簡單，使多軸編程更簡單。

二、包裹加工思路

1、圓柱凸輪包裹加工

以圓柱凸輪加工為例，編程思路，首先繪制凸輪展開圖，在展開圖中生成二維平面輪廓刀路路徑，再將二維刀路包裹在圓柱面上。圓柱凸輪展開圖繪制，如圖1所示，圖紙已給出凸輪外形尺寸，需計算圓柱展開長度L，L=3.1416x 115=361.284，再用展開長度L除以360得出1°對應的弧長1.004，根據給定角度，繪出圓柱凸輪展開圖。如圖2所示利用展開的平面圖生成二維平面輪廓刀具路徑，再用四軸包裹加工策略將二維刀路包裹在被加工圓柱上。

四軸柱面包裹加工參數設置如圖3所示，四軸包裹加工不僅可將二維刀路包裹在圓柱面上，也可包裹在圓錐面上。參數對話框中“圓錐面定義”需要指定圓柱面的底面中心點，本例中以世界坐標系原點為圓柱面底面中心點。“軸向”需根據機床結構指定，選擇“X軸正方向”設置柱面半徑及高度。“平面包裹軌跡”拾取將要包裹的刀具軌跡并指定刀具軌跡基點，“最大點距”用于控制二維刀具軌跡包裹在圓柱上的精度，精度范圍0.01～10之間。“圓錐面上的基點偏移”包裹后的四軸刀具軌跡可沿軸向平移，繞軸線旋轉。

2、浮雕包裹加工

四軸包裹加工不僅用于簡單的柱面螺旋槽加工，更適用于復雜柱面建模的加工對象。如圖4所示，以八駿圖浮雕加工為例，說明四軸包裹加工在浮雕加工中的應用。將平面的八駿圖雕刻在圓柱面上，無需進行柱面建模，用三軸刀具軌跡進行四軸包裹加工，即可完成四軸浮雕加工。加工工藝為粗加工、殘料加工和精加工，毛坯材質為鋁合金。

加工所需刀具及加工參數如表1所列，粗加工選擇φ6立銑刀粗加工，粗加工為三軸等高粗加工策略并留0.3mm的精加工余量。生成三軸等高粗加工刀具軌跡如圖5所示，并將三軸粗加工刀軌包裹在φ115的圓柱面，如圖6所示，進行四軸包裹加工時注意坐標軸方向。

粗加工結束后，選擇較小的刀具完成小區域殘料加工，復制粗加工策略并留0.3mm的精加工余量，參考粗加工刀具，生成殘料粗加工軌跡如圖7所示，選擇殘料加工軌跡，包裹參數默認上次即可，將殘料刀具軌跡包裹在圓柱面，如圖8所示。

完成粗加工和殘料粗加工后，選擇三軸掃描線精加工策略，為了獲得更好的表面加工質量，掃描角度設置為45°完成掃描精加工后，生成精加工軌跡如圖9所示，選擇掃描線精加工軌跡，包裹參數默認上次即可。將精加工刀具軌跡包裹在圓柱面如圖10所示。

三、后處理及加工

將四軸包裹加工軌跡進行后處理，生成的加工代碼導入Veficut軟件中進行驗證。在多軸加工，避免在加工過程中發生千涉和碰撞等問題，必須進行仿真驗證加工代碼。Vericut多軸仿真可進行程序優化和加工精度分析，仿真加工如圖11所示，實際加工如圖12所示。

四、結論

本文詳細介紹了CAXA制造工程師四軸包裹加工策略在多軸數控加工中的應用，以八駿圖浮雕加工為例，從簡單的圓柱凸輪加工為例，詳細介紹了四軸包裹加工策略的參數設置，進一步將包裹加工策略應用到復雜柱面浮雕加工中。并將加工文件輸出至Vericut中驗證，四軸包裹加工代碼符合加工要求，解決了軸面建模難題，發揮多軸加工優勢，有一定的借鑒作用。