CAXA軟件在汽車零部件高速加工中的應用

劉旋

摘要： 通過將CAXA運用于汽車零部件加工，能夠大幅減少手工編程計算任務，提高編程工作的正確性、有效性，還能實現對加工過程的模擬，自動對比加工質量、生成數控代碼，提高汽車零部件加工的精準度，減少了加工成本和能耗。本文對基于CAXA的高速加工技術、功能和零件加工步驟進行分析，介紹了CAXA在汽車盤形凸輪加工中的應用案例。

Abstract： By applying CAXA to the processing of auto parts， it can greatly reduce the calculation tasks of manual programming， improve the correctness and effectiveness of programming， simulate the processing process， automatically compare the processing quality， generate NC code， improve the accuracy of auto parts processing， and reduce the processing cost and energy consumption. This paper analyzes the high-speed machining technology， function and parts machining steps based on CAXA， and introduces the application case of CAXA in automobile disc cam machining.

關鍵詞： CAXA軟件;汽車零部件;高速加工;應用

Key words： CAXA software;auto parts;high speed machining;application

中圖分類號：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0082-03

0 ?引言

在制造行業向高質量方向發展的行業背景下，汽車、電子、航天等領域出現了越來越多小尺寸、高精度的零部件，這就需要在提高加工速度的同時，保證零件加工的剛度、精度。CAXA是一款為數控機床加工服務的三維CAD/CAM軟件，此軟件具有多種數據接口，支持與其他軟件的數據交換，還能實現圖形的轉換。利用CAXA的強大功能，能夠精確地完成實體造型，運用NURBS自由曲面造型、曲面實體復合造型技術進行加工，還能夠通過控制加工工藝、仿真加工軌跡，以及后置處理技術等方式，更加合理地、高效地進行生產和管理。基于此，本文對CAXA軟件的高速加工技術、主要功能和加工過程進行分析，探討其在汽車零件加工中的應用。

1 ?基于CAXA的高速加工技術

CAXA是一款具有強大數控編程功能的軟件，其中集成了一系列粗加工、精加工方式，如等高線粗加工、區域粗加工、曲面區域精加工等。在生成加工代碼、實施加工和造型等方面，這款軟件具備較強的優越性，能夠提供更加精準、高效的數字信息化的高速加工方案。在具體操作中，只有獲得優秀刀具、機床等硬件設備的支持，以及高性能的CAM軟件，才能順利進行高速銑削。而CAXA軟件恰好能夠匹配高速銑削的加工程序、要求，通過發揮其CAM功能，能夠輸出更加穩定、合理的刀位軌跡，便于調節切削速度和角度，還能夠光滑地執行進退刀操作。在高速加工實踐中，首先對擺線粗加工提出了較高標準，標準操作的實現需要能夠控制刀位運行軌跡，以確保刀具以一致的進給率運動，穩定地完成日常的高速加工任務。其次，要重視插銑式粗加工。在進行高速加工時，必須要運用CAXA界定刀的運行軌跡，以接近鉆孔軌跡的模式進行操作，這樣，就能順利地完成注塑模具、沖壓模具的加工流程。此外，要嚴格地控制導動式加工。相較于銜切曲面加工方式，運用導動式加工能以高質量、高精度地完成操作，只需要結合導動線、截面線就能順利進行高速加工，提高加工零件的表面質量和精準度。在實際數控操作中，應用數控加工仿真系統軟件進行數據處理操作技能的訓練。這是一個比較先進的仿真軟件。在這一環節中，對機床的操作過程進行了一系列的仿真，以達到一定的目的。具體來說，它可以有效地利用加工操作、后處理、數控編程等具體功能，CAXA制造工程師技術應該是應用最廣泛、最有效的軟件。

2 ?CAD在機械設計中的應用

許多國外軟件，如CAD、cam、CAE等高端軟件，充斥著我國的軟件市場，國內CAD軟件平臺的競爭程度可想而知。因為3D CAD具有更好的立體感，更便于人們理解，不僅便于設計師觀察，而且有助于設計師深化思維，發展新的機械設計。幾種流行的CAM軟件的后處理系統大致可以分為專用后處理系統和通用后處理系統。

2.1 減少了機械設計的周期

三維CAD軟件可以解決零件設計中復雜的空間結構問題。它可以構造各種復雜的模型結構部分由簡單的幾何實體布爾運算，也可以自動處理這些模型，大大減少了設計工作量，以及機械設計的周期可以縮短至少三分之一，因此，機械設計的效率大大提高。在使用在使用CAD軟件進行設計時，不需要對所有零件進行重新設計，只需要對部分零件進行設計，而其他大部分零件保留了原始數據，這將使機械設計時間縮短三倍甚至更多，CAD軟件還具有自動識別功能，可快速實現新零件的重組。

2.2 零件的設計和校正更方便

該三維CAD軟件可操作性強，便于設計人員在設備環境中進行新零件的設計。還可以根據零件之間的間距和相鄰零件的位置形狀設計新零件，既能保證零件之間的配合，又能避免零件分開設計時不一致的問題。例如，可以根據設備環境中原齒輪的尺寸和速度設計所需的填充齒輪;另外，CAD的參考使得零件的修改更加方便，因為它在零件環境中配備了搜索器。在零件建模時，搜索器可以搜索所有的命令來完成零件的建模。此時只需點擊命令，將這些零件的成型過程逐個以動畫的形式顯示出來，當需要修改零件時，只需要在裝配的情況下搜索相應的命令來修改零件即可。通過點擊命令，可以實現對零件的自動修改。

2.3 提高了機械產品的質量和技術含量

通過CAD設計技術和CIMS組織生產，將機械設計與信息技術相結合，使機械設計更加準確。三維CAD軟件具有精確的數據分析和處理功能，可以大大提高產品的質量和技術含量。目前，大多數企業的數據處理技術已經接近完善CAD等技術，可獲得穩定的成品率，提高產品質量。3D CAD不僅可以詳細描述產品的形狀、大小甚至顏色，還可以更準確地展示設計師的意圖。隨著以CAD技術為基礎的機械技術的新發展和電子信息化的不斷發展，信息化的智能化越來越普遍，這使得CAD引導的機械制造技術開始向智能化方向發展，集成和綠色。

2.4 機械制造技術智能化

我們所說的智能是指將智能技術應用于計算機在CAD系統中，如人工智能、智能關聯、數據自動處理等。目前，計算機已經完全能夠處理一些復雜的數據信息，三維CAD技術也越來越成熟。在輔助設計的基礎上，集成智能處理，使CAD在機械設計中更加智能化，具有識別和學習的能力。這里提到的CAD智能意味著系統可以自行推斷和處理信息。它不像人那樣聰明，但它是天賦的。

2.5 機械制造技術集成

所謂集成，就是指當前的CAD技術不是獨立的。它涵蓋了外圍設備、計算機技術、數據和圖像技術等多個領域，并指導這些領域與cam、CAPP、PDM、MRP等系統的集成。隨著現代計算機的發展，這些系統的集成已經成為可能。如何在計算機技術的基礎上實現CAD、cam等系統的集成已成為一個熱門話題。特別是在世界大數據全球化的背景下，基于計算機系統的CAD系統將成為新的潮流。

2.6 機械制造技術的綠色

所謂綠色制造技術，是指產品生產中以節約能源和減少研發周期為視角。實現機械制造技術的快速完成，利用智能網絡實現機械制造可列為綠色制造的范疇。但由于目前技術水平的限制，只有汽車、家電等制造業才能合理應用綠化。新時期CAD技術在機械設計與制造行業的應用，必將引導機械制造業向智能化、集成化方向發展。雖然我國在CAD技術的應用領域取得了良好的成就，但與國外仍有很大的差距。不斷提高CAD技術在機械設計和制造中的應用仍然是未來工作的中心。

3 ?CAXA軟件的功能及零件加工流程

3.1 主要功能分析

CAXA軟件實現了一體化，同時具備曲面造型、實體造型功能方法，能夠利用多種造型手段和策略，為相關人員提供曲面編輯、多種NURBS曲面造型的幫助，也可以完成拉伸、放樣、導動等特征造型操作，還支持復雜曲面和實體混合造型方法。

3.2 分析零件工藝并確定加工參數

在CAXA軟件的支持下，要做好零件加工工藝、加工參數的分析和選擇工作。首先，要根據工件性能要求設計模型造型，運用軟件的造型功能構建三維加工模型，再開展三維實體造型設計，形成復雜工件的設計工藝方案。其后，要對數控機床的參數進行調整和設置，進行建立毛坯、刀具元件建庫等操作，形成三維的工件加工環境。最后，要根據工藝選取刀具、明確切削的參數，還要根據加工精度、零部件形狀合理安排工藝。比如，要采取先粗后精、先面后孔的的方案，要將換刀具的次數控制一定范圍，高效率地完成加工。

3.3 明確加工零件的刀路軌跡

根據加工零件的要求，可以靈活選取CAXA軟件的多種加工方法，以等高、掃描、導動方式完成實體加工部分，并將要求和數據參數輸入其中，直接形成關于零件的刀具軌跡、切削路徑，以及粗、精加工的軌跡，采用不同的加工方法靈活選定需要加工的實體部分，輸入相關的數據參數和要求，快速生成零件的粗加工和精加工軌跡、刀具軌跡和刀具切削路徑。同時，還要考慮到加工精度、余量和行距等參數。在明確刀具軌跡時，需要關注以下方面：其一，刀具軌跡必須與零件加工需要匹配;其二，刀具軌跡的選取要盡可能簡單，以避免出現重復性的多余軌跡;其三，要對粗細加工余量進行合理設置，避免不必要的時間占用。此外，還要針對重要部分、關鍵尺寸處運用輔助功能，做好檢測工作。

3.4 模擬加工刀具軌跡

在形成刀具軌跡后，可以運用CAXA軟件的仿真功能，以仿真形式模擬實體加工，預先檢驗過切、干涉等現象，再調用對比功能分析顏色，判斷軌跡是否達到設計標準、真實加工質量。同時，還能編輯和優化精加工軌跡，更好地避免錯誤的發生，大大解決材料成本消耗，提高生產加工效率。

3.5 后置處理和傳輸程序

在CAXA軟件中，對于不同數控設備，需要選取或添加相對應的后置處理程序。其后，可以運用軟件的編程助手，對代碼文件進行編輯、自動導入，以仿真形式驗證手寫代碼、宏程序代碼的正確性。也可以，對不同系統代碼進行后置置換操作，以有效地實現加工程序的共享。最后，需要利用RS232串口實現通訊傳輸功能，將零件加工代碼導入至機床中，在配置相關參數、設置相關刀具的基礎上即可進行加工工作。

4 ?CAXA軟件在汽車零部件高速加工中的應用研究

4.1 優化凸（凹形）加工技術

在選取凸形或凹形進行加工時，切削要選取等高線加工方式。為了達到高速加工要求，要采取圓弧切入、切出，毛坯外進刀方式，并做好切削量的控制。在具體加工中，面對幾何形狀復雜的汽車模具、零件，高速加工不僅要考慮到軌跡層之間的處理工作，合理選取切入、切出方式，還要縝密地分析多種軌跡拐角方式、優化進出刀點的位置，考慮速度控制情況，順、逆銑是否一致等。例如，對于純凸、凹的模型，可以采用圓弧切入、切出的方式處理層與層之間，能夠以人工方式計算出切入/切出的半徑數值。但是，對于復雜幾何形狀模型，上述數值很難以人工方式得出，主要是由于汽車模型（模具）的等高線加工軌跡十分復雜，若直接按照相同位置安排工藝，則容易出現局部過切的現象，這時就需要運用CAXA軟件進行輔助計算。

4.2 做好高速加工拐角處理

同時，在對汽車檢具進行高速加工時，往往會出現較多帶有尖角的棱邊，且材料屬于脆性材料。若未經過軌跡優化，很容易在高速加工環節中給棱邊帶來不可逆的傷害。通過在加工檢具中運用CAXA軟件，能夠自動生成保護尖角棱邊的軌跡，還能在處理拐角時控制加減速，以合理的工藝處理方式保證模具。同時，面對小拐角的處理，若部分機床控制系統不支持自動降速，就需要運用CAXA軟件。比如，在未經過降速處理的情況下，汽車主模型（模具）的凹形拐角會給機床帶來很大的負載，甚至會出現機床損壞的現象。通過運用CAXA軟件的拐角加工減速功能，能夠圍繞路徑的角部角、傾斜角等參數，以合理的方式做出自動降速調整，如描線角部、等高線角部、減速等高線角部半徑等，均可以進行一定范圍的降速。

4.3 優化后置處理技術

在進行后置處理時，運用CAXA軟件，可以針對曲面加工代碼進行優化。同時，對于西門子系統，軟件為其提供了空間圓弧指令。這樣，對于復雜曲面的加工和處理，可以直接以空間圓弧差補替代直線差補軌跡處理，不僅能夠精簡代碼數量，還能夠形成更加平滑的代碼軌跡，十分適用于汽車模型、模具的告訴加工。

5 ?CAXA在汽車盤形凸輪數控銑加工中的應用案例

圍繞汽車盤形凸輪零件的加工，可以采用CAXA軟件進行設計、自動加工，提高加工的精準度。首先，要根據凸輪使用性能進行三維模型設計：第一步，要對凸輪的壓力角進行明確。從傳力特點角度看，傳動程度受壓力角的影響，在數值較小的情況下，能夠增大凸輪徑向尺寸;考慮到壓力角的緊湊性，需要盡可能地放大壓力角。對此，需要兼顧和平衡這兩個方面，要先達到傳力條件要求，再適當地選取壓力角，確保其在許用范圍內。第二步，對凸輪輪廓曲線進行繪制。

綜合考慮使用性能、從動部件運動規律，可以使用CAXA軟件的曲線功能，分段繪制曲線。比如，對于心尖頂移動從動件盤形凸輪，要進入草圖模式，結合遠休止角、升程等、位移線圖等參數進行繪制。第三步，設計出凸輪三維模型。在繪制草圖時，要運用軟件功能檢查草圖是否處于閉合狀態，在確定閉合的情況進行凸輪厚度設置、凸輪周邊倒角處理等操作。

其次，要進行凸輪曲面加工：第一步，基于設計實體進行加工模型的重新生成。要使用軟件的相關線功能，根據實體邊界形成新的輪廓曲線，再使用樣條轉圓弧功能轉化圓弧。通過生成這樣的加工G代碼，能夠迅速提高加工效果。第二步，要對加工毛坯進行明確，根據實際機床型號設置后置程序，合理地設置和調整各項參數。第三步，對凸輪進行粗加工。盤形凸輪整體上已經形成了輪廓，所以選取的粗、精加工形式分別為平面區域、輪廓線方式加工。第三步，對凸輪的精加工，在進行粗加工前，可以先對粗加工刀具軌跡進行隱藏，調用軟件的輪廓線調整精加工的相關參數。

此外，還需要靈活運用CAXA軟件進行以下三種操作：第一種，仿真模擬軌跡。要調用軟件的線面可見功能，對設計、生成的加工軌跡進行顯示查看，再對粗、細加工軌跡進行拾取，開展軌跡仿真和加工工作。第二種，生成G代碼程序，并選擇工序單。在CAXA軟件中，尋找后置處理中的“生成G代碼”功能，設置并保存。在軟件界面提示拾取粗加工軌跡時，可以將G代碼程序存儲到文件中，再以同樣的操作步驟完成精加工G代碼程序的生成。然后，要以人工操作方式修改程序首、尾碼部分，如換刀、程序號、程序結束語等，以確保工藝過程連續進行，再對工序清單的NC數據檢查表文件進行選擇。第三種，執行自動加工操作。在完成刀具組的裝置后，要設置加工零件的程序、工件坐標系，進行自動操作。

6 ?結束語

綜上所述，新時期CAD技術在機械設計與制造行業的應用，必將引導機械制造業向智能化、集成化方向發展。雖然我國在CAD技術的應用領域取得了良好的成就，但與國外仍有很大的差距。不斷提高CAD技術在機械設計和制造中的應用仍然是未來工作的中心。加強CAXA軟件在汽車零部件高速加工中的應用，能夠大幅減少繁瑣的人工編程、畫圖和計算時間，還能夠為加工人員提供仿真模擬軌跡，提高了代碼生成效率、零部件加工精度，通過有效配合機床特點、加工參數和工藝等因素，能夠推動汽車生產加工行業的持續發展。

參考文獻：

[1]郭瑞.基于CAXA軟件的盤蓋類零件建模仿真方法研究[J].南方農機，2020，51（12）：161.

[2]齊康.淺談CAXA數控車在非圓曲線和圓弧槽零件加工中的應用[J].河北農機，2017（11）：28，38.

[3]王興，張芹，王建國.基于CAXA的復雜形狀線切割的加工[J].電子測試，2017（21）：28-30.

[4]董超.AutoCAD三維制圖在機械設計中的應用[J].試驗技術與試驗機，2004（03）.

[5]唐婕.基于Pro/ENGINEER的壓鑄模具CAD系統研究[D].成都：四川大學，2005（06）.

[6]謝小星.CAXA制造工程師在汽車零部件高速加工中的應用[J].金屬加工（冷加工），2011（11）：33-34.

[7]毛傳表.高速銑在汽車零部件模具制造中的應用[J].百科論壇電子雜志，2019（10）：519-520.

[8]趙利安.汽車零部件企業生產中高速加工中心的應用[J].汽齒科技，2010（1）：21-23.

[9]葉宗茂.高速加工中心在汽車零部件生產中的應用[J].現代零部件，2006（8）：46-48.