基于CAXA制造工程師背景下三維立體零件的造型與仿真

王曉波

摘要： CAXA制造工程師是一款集CAD/CAM功能于一體的國產工業設計軟件，本文結合該軟件所具備的功能，以奔馳車標的加工方案為例詳細介紹了基于CAXA制造工程師2016大賽版環境下，對車標建模造型、軌跡生成、虛擬仿真、后置處理、生成程序加工代碼的設計與制造過程。借助設計三維立體零件模型演示建模過程，通過虛擬仿真加工說明利用CAD/CAM編程可實現復雜零件的自動編程和代碼生成，為初學CAD/CAM軟件的人員提供參考和借鑒。

Abstract： CAXA manufacturing engineer is a domestic industrial design software that integrates CAD/CAM functions. This article combines the functions of the software and takes the processing scheme of Mercedes-Benz car logo as an example to introduce the CAXA manufacturing engineer 2016 competition version in detail. The design and manufacturing process of vehicle logo modeling， trajectory generation， virtual simulation， post-processing， and program processing code generation. The modeling process is demonstrated with the aid of the design of three-dimensional part models， and the virtual simulation processing shows that the use of CAD/CAM programming can realize the automatic programming and code generation of complex parts， which provides reference for the beginners of CAD/CAM software.

關鍵詞： CAXA制造工程師;實體設計;數控加工

Key words： CAXA manufacturing engineer;physical design;CNC machining

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0101-02

0? 引言

在實際生產環節，常采用數控銑床對平面類和曲面類零件進行實體加工。對于傳統的簡單零件基本是通過手工編程實現，但需要消耗大量的時間編制，而且后續還要進行程序調試，耗時耗力，當遇到一些圖形復雜的平面零件或者是三維立體曲面類零件時，僅僅依靠手工編程就顯得束手無策了，不僅耗時間，又難以控制精度和準確度。因此，面對這類零件的加工，我們首先想到的是使用工業自動編程軟件。

CAXA制造工程師做為一款工業自動編程軟件，主要具備線框造型、曲面造型、實體特征造型等功能，能夠很好的解決復雜類曲面零件的加工問題。下面就以奔馳LOGO的實體造型為例進行進一步闡述說明。

1? 建模造型

建模步驟：①單擊零件特征樹的“平面XY”，選定該平面為草圖基準面，在平面XY創建草圖0，繪制半徑為19.5mm，圓心為中心的圓，單擊特征生成中的拉伸增料，在彈出的對話框中輸入深度值10，并選擇反向拉伸，單擊“確定”按鈕。②以O為中心，繪制1個直徑為39mm的圓，再繪制一個內接正三角形，用直線連接此三角形的各頂點到圓心，利用直線-角度線，作一條與已知三角形一條邊夾角為10°的直線，再用平面鏡像功能作一條對稱角度線，依次通過輔助線將三角形其他幾個角均作出相同角度線，而后通過圓心，設置坐標（0，0，2），做一條高度為2mm的直線，使用直線命令，立即菜單選項設定為“兩點線”、“連續”和“非正交”，分別連接三角星的各頂點與空間構造點，全部連接完畢后，最后刪除掉之前做的有關輔助線和多余的線條。③通過“直紋面”生成曲面，選擇命令“曲線+曲線”，完成三角星一個角的曲面構造，三角星其他曲面生成可以使用陣列功能對三角星已有一個角的曲面進行圓形陣列來實現，也可以繼續使用直紋面生成曲面，最終共生成6個曲面，通過右鍵曲面屬性，更改顏色為銀色，再利用直紋面功能，選擇“點+曲線”，構造底面曲面，顏色更改為黑色，最終三角星曲面效果如圖1所示。

2? 軌跡生成

奔弛車標整體形狀為平面上有一個三角星，屬于三維立體結構，可以選擇三軸加工的等高線粗加工做第一步粗加工，而后再對余料進行二次精加工，最終生成實體零件。

①采用等高線粗加工方式。參數設置中加工參數余量為0.5mm，加工精度為0.01mm，層高為1mm，層數為2層，主軸轉速為1200r/min，切削速度為50mm/min。采用？準8mm的高速鋼立銑刀。加工曲面通過鼠標左鍵拾取6個曲面，右鍵確認的方法，參數全部設置合理后，點擊確定退出參數設置。②毛坯的設置。等高線粗加工參數設置完畢后，實體虛擬仿真加工前需要進行毛坯的定義。右鍵特征樹加工中的毛坯，彈出設置對話框，根據實際毛坯棒料的尺寸大小，VZ軸向選擇為-1，底面中心坐標（0，0，2），毛坯半徑19.5mm，完畢后點擊確定，退出毛坯定義。③三角星精加工功能的選擇。CAXA制造工程師精加工方式有很多，等高線精加工，掃描線精加工，三維偏置加工，參數線精加工等，根據不同零件選用不同的加工方式可以有不同的效果，因此我們在選擇完精加工方式且設置完參數后及時進行加工虛擬仿真，查看零件加工效果，如有參數或是方式不合適可進行調整后再次仿真，直到效果滿意為止。本次奔馳標志精加工選用萬能的三維偏置加工的方式，這種方式比較通用，參數設置較少，而且效果理想，是簡單三維立體零件數控加工的首選。加工參數余量設置為0mm，精度為0.01mm，最大行距0.1mm，殘留精度0.008mm，主軸轉速1200r/min，切削速度為50mm/min，走刀方式為單向走刀，加工刀具選擇？準3mm的球頭銑刀，加工曲面通過鼠標左鍵拾取6個曲面，右鍵確認的方法，參數全部設置合理后，點擊確定退出設置界面，生成精加工軌跡。

3? 虛擬仿真

車標建模造型、確定粗加工和精加工方式并且調整相應參數后，進入虛擬仿真界面進行實體加工仿真。結果如圖2所示。從圖2可以看出，如果按照目前思路加工零件，車標邊緣會出現類似凹陷的跡象，不是很有美觀性，因此我們可以退出虛擬仿真，繼續進行加工設計，去掉凹陷跡象。點開標題欄-曲線-圓，做一個圓心在圓點，半徑大于19.5mm的圓，比如20.5mm，選擇加工-平面區域粗加工，彈出參數設置對話框，幾何選項里，輪廓線選擇半徑20.5mm的外圓，島嶼選擇三角星外輪廓，頂層高度為0mm，底層為-0.1mm，每次下降0.05mm，主軸轉速為1200r/min，切削速度為50mm/min。采用？準2mm的高速鋼立銑刀，最后點擊確定完成參數設置，再次進行仿真加工效果如圖3所示。

4? 后置處理及生成程序代碼

虛擬仿真加工合格后，生成加工車標的程序代碼。左擊“刀具軌跡”點開下拉菜單，右擊“等高線粗加工”選項，選擇后置處理生成G代碼，彈出設置對話框，選擇FANUC 01數控系統，選擇要保存的地址，輸入文件名稱和擴展名等信息，點擊確定退出即可。

部分程序代碼如下：

%

O0029

N10 G90 G54 G49 G40 G80;

N12 S1200 M03;

N14 G0 X-24.115 Y-0.058;

N16 G43 H0 Z100. M08;

N18 Z21.31;

N20 Z12.31;

N22 G1 Z1.31 F50;

N24 X-24.071 Y-0.09 F100;

N26 X-24.023 Y-0.115;

N28 X-23.973 Y-0.135;

N30 X-23.921 Y-0.148;

N32 X-23.867 Y-0.155;

N34 X-23.813;

N36 X-23.759 Y-0.148;

........

N22758 X8.092 Y-3.275;

N22760 X8.19 Y-3.279;

N22762 Z11.29;

N22764 G0 Z20.29;

N22766 Z100.;

N22768 M09;

N22770 M05;

N22772 M30;

%

同理，可生成精加工軌跡程序代碼和平面區域粗加工程序代碼，并分別命名存儲，最后將程序代碼按照程序導入要求的格式編輯后存入U盤，利用數控設備U口導入機床運行加工程序即可。

5? 結語

隨著智能制造業的飛速發展，對零件的設計由簡單變的越來復雜，以往手工編程對于簡單零件還是很實用，但面對三維立體復雜類零件就顯得束手無策。CAXA制造工程師作為一款國產機械工業設計軟件，不論是在圖形繪制、參數設置還是在程序生成等方面，正以驚人的速度飛快的發展，在3軸、4軸和5軸等多軸加工技術以及實體建模仿真都有質的飛躍，有效解決了手工編程無法解決的許多復雜零件編程問題和虛擬加工問題。盡管在機械加工行業也有其他工業設計軟件，如UG、CAD和soldworks等，但在便利性、操作性和快速性方面，CAXA制造工程師更有優勢。因此，本文所簡述的汽車車標建模造型方法為初次接觸CAD/CAM軟件的相關人員實現數控銑床實際加工提供了有利參考。對于設計復雜零件，只要利用CAXA制造工程師完成建模造型，設置合適參數，生成合理軌跡，就能導出設備加工的程序代碼，大大減輕編程人員的勞動強度，且提高了準確性和時效性。

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