代福增

（中捷職業(yè)技術(shù)學(xué)校，河北 滄州 061000）

0 引言

現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)目前正朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，多軸數(shù)控機(jī)床在先進(jìn)制造生產(chǎn)過(guò)程中的使用越來(lái)越廣泛[1-7]。特別是針對(duì)某些多種空間結(jié)構(gòu)集于一體的多面體孔系零件和具有復(fù)雜空間曲面的機(jī)械零件，多軸加工中心顯示出了極大的加工優(yōu)越性。多軸數(shù)控機(jī)床的使用極大的促進(jìn)了現(xiàn)代制造一體化集成技術(shù)和管理信息現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，并促進(jìn)了其在現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)中的推廣和應(yīng)用。數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品零部件的加工操作方案與詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)步驟，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和制造成本具有重大的影響[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝所涉及的各項(xiàng)技術(shù)，做了大量的研究，并引進(jìn)了大量的高端多軸數(shù)控加工機(jī)床。但是出于對(duì)商業(yè)技術(shù)的保密，國(guó)外不可能將有關(guān)復(fù)雜零件數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)對(duì)外公布。由于國(guó)內(nèi)對(duì)CAD/CAM核心技術(shù)掌握的不夠，目前在有些企業(yè)造成了大批高端數(shù)控機(jī)床被閑置的浪費(fèi)現(xiàn)象。因此，將先進(jìn)的CAD/CAM技術(shù)與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，在實(shí)踐中探索出一條有關(guān)復(fù)雜零件數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方面的路徑己經(jīng)迫在眉睫[8-10]。

1 基于CAXA制造工程師軟件的多軸數(shù)控加工技術(shù)

1.1 基于CAXA制造工程師主模型的數(shù)控編程方法

CAXA制造工程軟件作為一款集CAD/CAM/CAE為一體的面向制造業(yè)的綜合性軟件，集成了建模、加工、機(jī)床仿真等多個(gè)模塊。建模模塊具有曲面建模、特征建模等強(qiáng)大的建模功能，可以用于己有產(chǎn)品的三維造型，也可以用于新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì);加工模塊能進(jìn)行刀位計(jì)算并生成加工運(yùn)動(dòng)的刀位軌跡，通過(guò)后置處理還可以生成NC程序代碼;機(jī)床仿真模塊可以建立接近實(shí)際機(jī)床的仿真模型，通過(guò)模擬刀具和工件之間的真實(shí)切削過(guò)程，有效地檢查機(jī)床在加工運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的干涉或過(guò)切現(xiàn)象。軟件真正做到了基于一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開發(fā)到加工制造所需數(shù)據(jù)信息的無(wú)縫連接，為復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)提供了一套完整的設(shè)計(jì)、分析和制造方案。它不僅提高了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率、縮短了研發(fā)周期，在快速響應(yīng)客戶需求，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有非常重要的意義[11-13]。

1.2 基于CAXA制造工程軟件的數(shù)控加工流程

圖1 數(shù)控加工流程Fig.1 NC machining process

2 復(fù)雜型面零件的數(shù)控加工工藝分析實(shí)例

針對(duì)這類形狀復(fù)雜、多種空間結(jié)構(gòu)集于一體的復(fù)雜零件，選用了圖2所示某復(fù)雜結(jié)構(gòu)的典型零件為例，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)。

由圖2可知，該零件的空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要加工的位置較多，需要對(duì)多個(gè)基準(zhǔn)表面和多個(gè)表面上的縱橫交錯(cuò)的輪廓進(jìn)行加工。

2.1 加工工藝分析與規(guī)劃

2.1.1 加工工藝分析

加工難點(diǎn)分析：由于該產(chǎn)品零件需要加工的面比較多，為了完成所有型面的加工，采用高精度的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以有效地解決這一問(wèn)題，因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中僅需一次裝夾便可完成所有型面的加工，定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，既能保證加工精度、滿足零件的技術(shù)要求，又能有效地縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本。

2.1.2 加工工藝規(guī)劃

主要包括以下幾個(gè)方面：走刀路線確定；加工刀具的選擇；加工區(qū)域劃分；加工余量測(cè)量；加工位置選擇等。由以上的加工工藝分析和加工工藝規(guī)劃，最終確定如表1所示的加工工藝方案。

2.2 基于CAXA制造工程軟件的參數(shù)化建模

通過(guò)繪制最終完成的所選取零件三維模型如圖3所示。

圖3 某典型復(fù)雜型面零件三維模型Fig.3 Three-dimensional model of a typical complex profile part

2.3 基于CAXA制造工程軟件的數(shù)控編程

（1）根據(jù)模型，完成圖4和圖5加工方式、刀具選擇、軌跡規(guī)劃、加工內(nèi)容等工藝設(shè)定。

（2）建立各個(gè)加工基準(zhǔn)面的工件坐標(biāo)系，如圖6所示。

（3）進(jìn)行綜合仿真和檢查，其部分加工仿真效果如圖7所示。

圖2 某典型復(fù)雜型面零件圖Fig.2 A typical complex profile part drawing

表1 某典型復(fù)雜型面零件加工工藝流程Table 1 Process flow of a typical complex profile part

圖4 加工方式選擇Fig.4 Processing method selection

圖5 軌跡管理Fig.5 Trajectory management

（4）生成工藝清單。全選刀具軌跡，單擊右鍵選擇“工藝清單”選項(xiàng)，輸入相關(guān)名稱等數(shù)據(jù)，因?yàn)榧庸げ僮骱芏?，在這里依然選擇部分程序進(jìn)行處理。

圖6 建立工件坐標(biāo)系Fig.6 Establish the workpiece coordinate system

圖7 加工仿真效果圖Fig.7 Processing simulation rendering

圖8 工藝清單生成圖Fig.8 Process list generation diagram

圖9 NC程序代碼片段Fig.9 NC program code fragment

（5）后置處理。生成的加工NC程序代碼片段如圖9所示。

（6）程序輸出。對(duì)于自動(dòng)生成的程序可以通過(guò)接口直接輸入給車床，由機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工。實(shí)物圖如圖10所示。

圖10 零件實(shí)物圖Fig.10 Part physical map

3 結(jié)論

本文基于CAXA制造工程軟件制定了一套完整的無(wú)紙化在多軸數(shù)控加工中心上加工復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝方案，不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值，也為其他相似復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值，有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率與效益。