談CAXA制造工程師建模設計與數控加工范文
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摘要：現代數控技術的廣泛應用給傳統制造業帶來了革命性變化，使先進制造業成為現代工業化的象征。基于此，以中國象棋的建模設計與數控加工為例，介紹應用caxa制造工程師進行建模造型、實體仿真、生成加工程序及導入數控設備加工等工藝的流程，并運用曲線式銑槽加工方法加工出樣式新穎的中國象棋，為建模設計工作提供了一種利用CAXA制造工程師進行字體造型的更高效便捷的方法。
1傳統生產制造與現代生產制造
1.1傳統生產制造
傳統的生產制造是工藝人員按照圖紙標注的尺寸手工編制程序，而后將程序輸入機床進行加工的生產方式。若需要修改產品的尺寸參數，則要重新設計圖紙，再手工編程輸入機床進行加工[1]。這樣會消耗大量的人力和物力，嚴重影響產品的更新發展，不符合現代加工生產制造業高速發展的需要。
1.2現代生產制造
現代生產制造中，通常會借助工業設計軟件繪畫并構造零件的實體造型，然后利用軟件自帶功能生成加工程序代碼，再輸入到機床進行加工。目前，國內機械設計制造行業應用較為廣泛的是國產軟件CAXA系列。CAXA系列軟件中，CAXA制造工程師模塊不但能夠專門針對數控多軸設備產品進行平面設計，還可以構造產品三維實體模型，從而清晰地看到產品加工的最終效果，提高工作效率和生產效率[2]。
2利用CAXA制造工程師的設計與模擬加工思路
借助工業設計軟件自動生成程序相對傳統手工編程而言，能夠有效減少程序生成時間和編程人員的尺寸計算量，對一些形狀復雜、曲線復雜的工件尤為適用，特別適用于新產品的研制和工藝性較強的產品研發和制造。應用CAXA制造工程師設計象棋棋子應按照以下步驟[3-4]：首先，用草圖繪制功能設計出棋子外形輪廓；其次，用實體特征功能對工件輪廓進行旋轉增料、拉伸增料、旋轉除料和拉伸除料等操作，生成象棋粗糙模型；最后，在模型表面上輸入象棋字體完成模型的建立。模型建立完成后，選擇相關加工方式（平面區域粗加工、平面輪廓精加工、曲線式銑槽加工等）對模型進行仿真加工，待確認無誤后生成加工程序，并將程序通過分布式數控功能或U盤傳輸到數控機床中進行實物加工。
3CAXA制造工程師的設計與數控銑床加工具體過程
3.1建模及仿真過程
以CAXA制造工程師2016大賽版軟件為例，其建模過程如圖1所示。首先，打開軟件，單擊左側軌跡樹中的零件特征，選XY平面，右鍵創建草圖0，再單擊曲線命令中的直線，將立即菜單改為水平/鉛垂線，選（0，0）為直線中點，然后單擊曲線命令中的圓，將立即菜單改為圓心-半徑，畫出圓心為（0，0）、圓半徑為19.5mm的圓。其次，利用曲線剪切命令將剛畫的圓剪切，使剩下的部分與開始畫的直線形成一個全封閉曲線，然后退出草圖編輯，單擊直線命令，在X方向畫一條正交直線，作為生成實體時的旋轉軸，再單擊旋轉增料命令，拾取上一步畫的草圖和剛畫的旋轉軸，選擇旋轉360°生成實體。再次，選擇YZ平面（或XZ平面），在Z軸正負兩個方向畫長度為7.5mm的兩條直線，然后以畫出的兩條直線端點為中點，畫平行于Y軸（或平行于X軸）且長度大于39mm的直線，再在X軸（或Y軸）畫正交直線（畫的直線長度應大于生成實體），并選擇曲面-導動面-平行導動的方式生成平行于XY平面的兩個面，然后選擇曲面裁剪除料，除去多余實體，將上表面進行倒角處理，再單擊曲線命令中的圓，將立即菜單改為圓心-半徑，選坐標系中心為圓心，畫半徑為19.26mm的圓。最后，選擇常用命令中的平移，將距離設為3mm，在Z軸方向上下兩個部位分別拷貝這個圓，選擇曲面命令中的直紋面，將立即菜單改為曲線+曲線形成曲面，最終形成象棋模型。
3.2CAXA制造工程師中國象棋仿真加工過程
先在以（0，0）為圓心在距離模型上表面0.3mm的位置畫半徑為15mm的圓，然后選擇曲線命令中的文字，在繪圖區內選擇一點作為文字的基準點，編輯所要加工的文字。編輯完成后，打開設置把字體改為楷書，并把字高改為27，然后點擊確定。操作完成后，選擇點坐標中的XYZ將字體移動至合適的位置，之后選擇加工命令中的曲線式銑槽加工，在彈出的曲線式銑槽加工對話框中，將加工精度更改為0.01，并把刀具參數中的刀具名改為SphML_0，選擇球頭銑刀，刀具半徑設置為2mm，然后打開幾何選項選擇所要加工零件的所有軌跡輪廓，待設置完相關加工參數后點擊確定。加工前要設置合適的毛坯，然后右擊刀具軌跡，選擇實體仿真，到達仿真加工界面后開始仿真，直至加工成型，如圖2所示。確認加工過程無誤后，生成加工程序。具體生成過程為：右擊刀具軌跡命令中的后置處理生成G代碼，在出現的保存對話框中，選擇數控系統，并選擇要保存的地址，然后輸入文件名稱和擴展名等信息，點擊確定，完成導出。
4象棋的實際加工過程
4.1確定裝夾方案和裝夾工具
目前，象棋棋子的加工原料多采用木質或塑料材質，但為了滿足車間現有材料的要求，本文使用鋁棒加工棋子毛坯。由于市面上常見的象棋外形為橢圓形，用虎口鉗裝夾時受力面小，導致零件裝夾不牢固，且會破壞外表面[5]。因此，本方案中把棋子外形設計為中間有一段水平面的形式，并選用自制的專用夾具裝夾，同時用三爪卡盤固定，以保證加工精度[6]。
4.2實際加工象棋工藝流程
實際加工象棋的過程中，選擇使用數控車加工象棋毛坯，并使用CAXA制造工程師軟件生成象棋字的程序，利用U盤將程序數據傳輸到數控銑床，然后利用專用夾具將棋子毛坯安裝在三爪卡盤上，并選用合適的球頭銑刀進行實物加工，詳細步驟如下。首先，用數控車加工象棋外形面，加工外形時選用90°外圓車刀，切斷時選用3mm的切斷刀。其次，棋子毛坯成形后，將棋子用已經做好的專用夾具裝夾在數控銑床的三爪卡盤上，并進行對刀操作。再次，對刀操作結束后，將事先用CAXA制造工程師編好的加工字體程序通過U盤輸入數控設備，至此前期準備工序全部就緒。最后，點擊數控車床面板的程序啟動按鈕進行實物加工，得到象棋棋子實物如圖2所示。對于整個加工工藝過程中的程序部分，因為毛坯的輪廓簡單，容易編程，所以用數控車床進行象棋毛坯的加工時，可采用手工編寫程序代碼的方式。但是，在加工象棋字體時，字體筆畫較復雜，手工編程比較麻煩，且容易出錯，因此可采用CAXA制造工程師2016大賽版建模并自動生成程序代碼，最后加工出象棋棋子。這樣既節約了時間，又提高了加工精度。
5結語
數控技術是先進制造業的基礎，是現代機械制造裝備的核心技術，是體現國家工業現代化的重要手段。應用CAXA制造工程師、CAD和CAM等軟件中的相關功能進行實體造型和建模仿真，并采用曲線式銑槽加工方式對象棋字體進行加工，不僅能夠設計款式新穎的零件，滿足現代機械加工和市場的多樣化需求，還能夠對零件進行模擬仿真加工，以防止零件加工中出現錯誤，體現了現代機械加工的優勢。
作者：王曉波 單位：沈陽理工大學工程實踐中心