基于CAXA制造工程师背景下三维立体零件的造型与仿真

王晓波

摘要： CAXA制造工程师是一款集CAD/CAM功能于一体的国产工业设计软件，本文结合该软件所具备的功能，以奔驰车标的加工方案为例详细介绍了基于CAXA制造工程师2016大赛版环境下，对车标建模造型、轨迹生成、虚拟仿真、后置处理、生成程序加工代码的设计与制造过程。借助设计三维立体零件模型演示建模过程，通过虚拟仿真加工说明利用CAD/CAM编程可实现复杂零件的自动编程和代码生成，为初学CAD/CAM软件的人员提供参考和借鉴。

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.

關键词： CAXA制造工程师;实体设计;数控加工

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

中图分类号：TH164                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0101-02

0  引言

在实际生产环节，常采用数控铣床对平面类和曲面类零件进行实体加工。对于传统的简单零件基本是通过手工编程实现，但需要消耗大量的时间编制，而且后续还要进行程序调试，耗时耗力，当遇到一些图形复杂的平面零件或者是三维立体曲面类零件时，仅仅依靠手工编程就显得束手无策了，不仅耗时间，又难以控制精度和准确度。因此，面对这类零件的加工，我们首先想到的是使用工业自动编程软件。

CAXA制造工程师做为一款工业自动编程软件，主要具备线框造型、曲面造型、实体特征造型等功能，能够很好的解决复杂类曲面零件的加工问题。下面就以奔驰LOGO的实体造型为例进行进一步阐述说明。

1  建模造型

建模步骤：①单击零件特征树的“平面XY”，选定该平面为草图基准面，在平面XY创建草图0，绘制半径为19.5mm，圆心为中心的圆，单击特征生成中的拉伸增料，在弹出的对话框中输入深度值10，并选择反向拉伸，单击“确定”按钮。②以O为中心，绘制1个直径为39mm的圆，再绘制一个内接正三角形，用直线连接此三角形的各顶点到圆心，利用直线-角度线，作一条与已知三角形一条边夹角为10°的直线，再用平面镜像功能作一条对称角度线，依次通过辅助线将三角形其他几个角均作出相同角度线，而后通过圆心，设置坐标（0，0，2），做一条高度为2mm的直线，使用直线命令，立即菜单选项设定为“两点线”、“连续”和“非正交”，分别连接三角星的各顶点与空间构造点，全部连接完毕后，最后删除掉之前做的有关辅助线和多余的线条。③通过“直纹面”生成曲面，选择命令“曲线+曲线”，完成三角星一个角的曲面构造，三角星其他曲面生成可以使用阵列功能对三角星已有一个角的曲面进行圆形阵列来实现，也可以继续使用直纹面生成曲面，最终共生成6个曲面，通过右键曲面属性，更改颜色为银色，再利用直纹面功能，选择“点+曲线”，构造底面曲面，颜色更改为黑色，最终三角星曲面效果如图1所示。

2  轨迹生成

奔弛车标整体形状为平面上有一个三角星，属于三维立体结构，可以选择三轴加工的等高线粗加工做第一步粗加工，而后再对余料进行二次精加工，最终生成实体零件。

①采用等高线粗加工方式。参数设置中加工参数余量为0.5mm，加工精度为0.01mm，层高为1mm，层数为2层，主轴转速为1200r/min，切削速度为50mm/min。采用？准8mm的高速钢立铣刀。加工曲面通过鼠标左键拾取6个曲面，右键确认的方法，参数全部设置合理后，点击确定退出参数设置。②毛坯的设置。等高线粗加工参数设置完毕后，实体虚拟仿真加工前需要进行毛坯的定义。右键特征树加工中的毛坯，弹出设置对话框，根据实际毛坯棒料的尺寸大小，VZ轴向选择为-1，底面中心坐标（0，0，2），毛坯半径19.5mm，完毕后点击确定，退出毛坯定义。③三角星精加工功能的选择。CAXA制造工程师精加工方式有很多，等高线精加工，扫描线精加工，三维偏置加工，参数线精加工等，根据不同零件选用不同的加工方式可以有不同的效果，因此我们在选择完精加工方式且设置完参数后及时进行加工虚拟仿真，查看零件加工效果，如有参数或是方式不合适可进行调整后再次仿真，直到效果满意为止。本次奔驰标志精加工选用万能的三维偏置加工的方式，这种方式比较通用，参数设置较少，而且效果理想，是简单三维立体零件数控加工的首选。加工参数余量设置为0mm，精度为0.01mm，最大行距0.1mm，残留精度0.008mm，主轴转速1200r/min，切削速度为50mm/min，走刀方式为单向走刀，加工刀具选择？准3mm的球头铣刀，加工曲面通过鼠标左键拾取6个曲面，右键确认的方法，参数全部设置合理后，点击确定退出设置界面，生成精加工轨迹。

3  虚拟仿真

车标建模造型、确定粗加工和精加工方式并且调整相应参数后，进入虚拟仿真界面进行实体加工仿真。结果如图2所示。从图2可以看出，如果按照目前思路加工零件，车标边缘会出现类似凹陷的迹象，不是很有美观性，因此我们可以退出虚拟仿真，继续进行加工设计，去掉凹陷迹象。点开标题栏-曲线-圆，做一个圆心在圆点，半径大于19.5mm的圆，比如20.5mm，选择加工-平面区域粗加工，弹出参数设置对话框，几何选项里，轮廓线选择半径20.5mm的外圆，岛屿选择三角星外轮廓，顶层高度为0mm，底层为-0.1mm，每次下降0.05mm，主轴转速为1200r/min，切削速度为50mm/min。采用？准2mm的高速钢立铣刀，最后点击确定完成参数设置，再次进行仿真加工效果如图3所示。

4  后置处理及生成程序代码

虚拟仿真加工合格后，生成加工车标的程序代码。左击“刀具轨迹”点开下拉菜单，右击“等高线粗加工”选项，选择后置处理生成G代码，弹出设置对话框，选择FANUC 01数控系统，选择要保存的地址，输入文件名称和扩展名等信息，点击确定退出即可。

部分程序代码如下：

%

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，可生成精加工轨迹程序代码和平面区域粗加工程序代码，并分别命名存储，最后将程序代码按照程序导入要求的格式编輯后存入U盘，利用数控设备U口导入机床运行加工程序即可。

5  结语

随着智能制造业的飞速发展，对零件的设计由简单变的越来复杂，以往手工编程对于简单零件还是很实用，但面对三维立体复杂类零件就显得束手无策。CAXA制造工程师作为一款国产机械工业设计软件，不论是在图形绘制、参数设置还是在程序生成等方面，正以惊人的速度飞快的发展，在3轴、4轴和5轴等多轴加工技术以及实体建模仿真都有质的飞跃，有效解决了手工编程无法解决的许多复杂零件编程问题和虚拟加工问题。尽管在机械加工行业也有其他工业设计软件，如UG、CAD和soldworks等，但在便利性、操作性和快速性方面，CAXA制造工程师更有优势。因此，本文所简述的汽车车标建模造型方法为初次接触CAD/CAM软件的相关人员实现数控铣床实际加工提供了有利参考。对于设计复杂零件，只要利用CAXA制造工程师完成建模造型，设置合适参数，生成合理轨迹，就能导出设备加工的程序代码，大大减轻编程人员的劳动强度，且提高了准确性和时效性。

参考文献：

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