CAXA制造工程师2011铣削加工实例教案.doc

CAXA制造工程师2011熊猫脸形零件铣削加工实例
英山理工中专 王强
【任务描述】
多轴加工中，二轴加工最为简单和基础。而数控三轴加工比二维加工略为复杂，实现原理是通过系统控制三个轴（X，Y，Z）进行加工产品。由于三轴联动机床是多轴加工的标准配置，因此二轴、三轴铣削加工应用得最为广泛。本次任务是学完二轴铣削加工后进入三轴铣削加工的一个过渡性的任务实例。任务重点和难点是介绍三轴铣削加工的实例，学生通过学习，将能够掌握CAXA三轴铣削加工的一些基本方法和一般操作步骤。同时，也通过学生的学习并独立完成精选的任务，对前面所讲的绘制平面图形、立体建模、二轴铣削加工的一些基本方法、步骤和各种前面命令的熟练使用等。
【学习目标】
1、巩固和提高绘制平面图形、立体建模、二轴铣削加工的一些基本方法、步骤和各种命令的使用。
2、掌握先平面绘图到实体建模，再到依据三维实体进行加工工艺流程安排的逐步铣削加工，最后到生成刀具路径、实体验证和后处理的加工方法。
3、熟练掌握三轴铣削加工中的等高线粗加工、等高线精加工的加工形式以及专用参数的设置和步骤。
【任务图例】
完成如下图所示的形状的零件的立体建模和加工。

图 1

【任务分析】
一、分析图纸，平面绘图，立体建模
首先，让学生看图弄清零件的立体形状，然后构思出零件的建模思路，运用前面所学知识，绘制出零件的实体模型图。
二、加工方法选用
本零件是由一个边长120×120×30mm正方体的板状零件，在坯料中间有一熊猫脸形的封闭槽，槽中上部份有熊猫2眼球的圆柱及半球体的凸起组合体，槽中下部份有1熊猫嘴形的椭圆柱及半椭球的组合体构成。在对120×120×32.5mm的半成品坯料进行“平面区域粗加工”，保证零件30mm的厚、平面光洁度及公差；采用“区域式粗加工”成型熊猫脸形的封闭槽及中间眼、嘴的圆柱形岛屿的粗加工，然后再分别采用“轮廓线精加工”铣削脸形轮廓及岛屿轮廓精加工余量；先后分别采用“等高线粗加工”、“等高线精加工”对2熊猫眼和1熊猫嘴进行先粗后精的成形加工。
三、夹具的选用
本零件的装夹定位面为两侧面及底面，夹具选用平口钳较为适合，在保证工件装夹刚性、稳定性以外，工件应露出钳口上方15mm。
四、工件坐标系的设定
以本零件造型时采用的全局坐标系为工件坐标系原点，即工件上表面的中心。加工对刀时考虑全局坐标系与工件坐标系的一致性。
五、加工参数的选用
根据经验及相关刀具加工相关材料时的推荐参数范围拟定加工参数表一如下：（工件材料为45钢，采用硬质合金材料铣刀，采用轻载高速） 表一
序号
加工方式
刀具
材料
刀具
参数
主轴转速(r/min)
进给速度(mm/min)
切削深度(mm)
安全高度(mm)
余量（mm）
走刀方式
补偿
1
平面区域粗加工
硬质合金
D20r0
2000
60
2.5
100
0
往复
—
2
区域式粗加工
硬质合金
D6r0
1500
60
3
100
0.5
往复
—
3
轮廓线精加工
硬质合金
D6r0
3000
300
2.5
100
0
轮廓环切
否
4
等高线粗加工
硬质合金
D8r4
1800
500
3
100
0.5
环切
否
5
等高线精加工
硬质合金
D5r2.5
3000
300
1
100
0
环切
否
【任务实施】
活动一 零件实体建模
启动CAXA制造工程师2011与打开图1任务零件图纸。
教师让学生看图并分析，弄清零件的立体形状及组成结构，理清并构思实体零件实体建模思路，开始自主绘图。同时，教师来回巡视指导，个性问题个别针对性指导，共性的问题进行画法指导或演示，让学生在30min内完成实体建模如下图2。
图 2

活动二 根据建模实体，完成零件的加工
具体操作步骤：（按轨迹树窗口进行相关操作）
一、设置加工文件
1、 模型参数设置（见图3）
在轨迹树窗口双击，就会弹出图3所示的“模型参数”窗口，进行如图3所示设置。
2、 定义毛坯（见图4）
在轨迹树窗口双击，就会弹出图4所示的“定义毛坯-世界坐标系”窗口，进行如图4所示设置。
图 3
图 4

3、 设置全局轨迹起始点（见图5）
图 5
在轨迹树窗口双击，就会弹出图5所示的“全局轨迹起始点”窗口，进行如图5所示设置。

4、 后置设置
可以增加当前使用的机床，给出机床名，定义适合机床的后置格式。系统默认的格式为FANUC系统的格式。
⑴ 选择“加工”—“后置处理”—“机床后置”命令，弹出“机床后置”对话框，如图6所示。或在轨迹树窗口双击，就会弹出图6所示的“机床后置”窗口，进行如图6所示设置。
图6

(2) 增加机床设置：选择当前机床类型。
(3) 后置处理设置：选择“后置处理”选项卡，根据当前的机床，设置各参数如图7所示。
图 7

图 8
5、定义刀具库（新增加本任务用到的4把刀，并确定刀具号）

二、铣削加工工艺流程及操作步骤
1、平面区域粗加工
⑴ “平面区域粗加工”的参数设置
选择下拉菜单“加工”—“粗加工”—“平面区域粗加工”或单击按钮，弹出“平面区域粗加工”对话框。
① 单击“加工参数”选项卡，如图9设置。
图 9

图 10
② 单击“清根参数”选项卡，如图10设置。

③ 单击“接近返回”选项卡，如图11设置。
图 11

④ 单击“下刀方式”选项卡，如图12设置。
图 12

⑤ 单击“切削用量”选项卡，如图13设置。
图 13

⑥ 单击“公共参数”选项卡，如图14设置。
图 14

⑦ 单击“刀具参数”选项卡，如图15设置。
图 15

⑵ 生成刀具的轨迹
① 完成加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件外面的120×120mm的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，直接单击鼠标右键即可，再直接单击鼠标右键即可。
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
图 16
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图16所示。

③ 隐藏刀具轨迹
为了方便选取轮廓，应隐藏生成的刀具轨迹，可用以下两种方法实现：
方法一：选择下拉菜单“编辑”—“隐藏”命令，单击左键拾取刀具轨迹，拾取的刀具轨迹变成红色，然后单击右键结束，即可隐藏刀具轨迹。
方法二：在轨迹树窗口直接单击选中刀具轨迹，然单击右键，弹出下拉菜单，在下拉菜单中选取“隐藏”命令，刀具轨迹就被隐藏了。
2、区域式粗加工
⑴ “区域式粗加工”的参数设置
选择下拉菜单“加工”—“粗加工”—“区域式粗加工”或单击按钮，弹出“区域式粗加工”对话框。
① 单击“加工参数”选项卡，如图17设置。
图 17

② 单击“切入切出”选项卡，如图18设置。
图 18

③ 单击“下刀方式”选项卡，如图19设置。
图 19

④ 单击“切削用量”选项卡，如图20设置。
图 20

⑤ 单击“加工边界”选项卡，如图21设置。
图 21

⑥ 单击“公共参数”选项卡，如图22设置。
图 22

⑦ 单击“刀具参数”选项卡，如图23设置。
图23

⑵ 生成刀具的轨迹
① 完成加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件中部的熊猫脸形的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，逐一选取三岛屿与熊猫槽底的实体边界线后，直接单击鼠标右键即可。
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图24所示。
图 24

③ 隐藏刀具轨迹
3、轮廓线精加工
⑴“轮廓线精加工”参数设置
选择下拉菜单“加工”—“精加工”—“轮廓线精加工”，弹出“轮廓线精加工”对话框。
① 单击“加工参数”选项卡，如图25设置。
图 25

② 单击“切入切出”选项卡，如图26设置。
图26

③ 单击“下刀方式”选项卡，如图27设置。
图 27

④ 单击“切削用量”选项卡，如图28设置。
图 28

⑤ 单击“加工边界”选项卡，如图29设置。
图 29

⑥ 单击“公共参数”选项卡，如图30设置。
图30

⑥ 单击“刀具参数”选项卡，如图31设置。
图 31

⑵ 生成刀具的轨迹
① 完成加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件中部的熊猫脸形的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，逐一选取三岛屿与熊猫槽底的实体边界线后，直接单击鼠标右键即可。
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图32所示。
图 32

③ 隐藏刀具轨迹。
⑴“轮廓线精加工”参数设置
选择下拉菜单“加工”—“精加工”—“轮廓线精加工”，弹出“轮廓线精加工”对话框。
① 单击“加工参数”选项卡，如图25设置。
图 25

② 单击“切入切出”选项卡，如图26设置。
图26

③ 单击“下刀方式”选项卡，如图27设置。
图 27

④ 单击“切削用量”选项卡，如图28设置。
图 28

⑤ 单击“加工边界”选项卡，如图29设置。
图 29

⑥ 单击“公共参数”选项卡，如图30设置。
图30

⑥ 单击“刀具参数”选项卡，如图31设置。
图 31

⑵ 生成刀具的轨迹
① 完成加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件中部的熊猫脸形的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，逐一选取三岛屿与熊猫槽底的实体边界线后，直接单击鼠标右键即可。
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图32所示。
图 32

③ 隐藏刀具轨迹。
5、等高线粗加工
“等高线粗加工”是指按指定的等高距离逐步下降，一层一层地加工并基于补加工
的曲面或实体以截距相等的平面求出交线对轮廓、岛进行加工。
⑴“等高线粗加工”参数设置
选择下拉菜单“加工”—“粗加工”—“等高线粗加工”，弹出“等高线粗加工”对话框。
① 单击“加工参数”选项卡，如图33设置。
图 33

② 单击“切入切出”选项卡，如34设置。
图 34

③ 单击“下刀方式”选项卡，如图35设置。
图 35

④ 单击“切削用量”选项卡，如图36设置。
图 36

⑤ 单击“加工边界”选项卡，如图37设置。
图 37

⑥ 单击“公共参数”选项卡，如图38设置。
图 38

⑥ 单击“刀具参数”选项卡，如图39设置。
图 39

⑵ 生成刀具的轨迹
① 完成加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件中部的熊猫眼的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，直接单击鼠标右键即可，再直接单击鼠标右键即可。
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图40所示。
图40

③ 隐藏刀具轨迹
图41
图42
(3) 另外一只熊猫眼及嘴形等高线粗加工参数设置如上。生成轨迹分别如下图41、图42所示。

5、等高线精加工
“等高线精加工”可以用于加工范围和高度限定进行局部等高加工；可以自动在轨迹尖角拐角处增加圆弧过渡，保证轨迹的光滑，使生成的加工轨迹适合于高速加工；可以通过输入角度控制对平坦区域的识别，并可以控制平坦区域的加工先后次序。
“等高线精加工”的操作步骤与以上一样，只是所选刀具是“D5r2.5”，主轴转速是“3000r/min”,Z轴切入层高为“1mm”,切削速度为“100mm/min”,切削模式为“环切”。
完成等高线精加工参数设置后，单击“确定”按钮，系统在界面的左下方提示“拾取轮廓”，拾取零件中部的2熊猫眼1嘴形的实体边界，并选择串联方向，系统又提示“拾取岛屿”，直接单击鼠标右键即可，再直接单击鼠标右键即可。（分别单独操作）
（选择实体边界先要单击指令，并选择后，在实体相应的实体边界处点击就会相应出现实体边界线。）
图413
图44
图45
② 单击鼠标右键确认，系统开始计算，稍后得出刀具轨迹如图43、图44、图45所示。
6、实体仿真、检验与修改
⑴ 选择下拉菜单“加工”—“实体仿真”命令，如图46所示，按先后顺序连续选取加工轨迹，单击鼠标右键结束，或在工作区和加工管理窗口依次拾取若干轨迹（拾取时按住Ctrl键），然后在加工管理窗口区中单击右键，弹出快捷菜单，单击“实体仿真”，如图47所示(局部图)，系统弹出“CAXA实体仿真”界面。
图46
图47

⑵ 在仿真界面中，选择下拉菜单“工具”—“仿真”命令，或直接单击“实体仿真”按钮，系统立即进行加工仿真，并弹出“仿真加工”对话框，如图48所示。
图48

⑶ 在仿真界面中，选择下拉菜单“工具”—“仿真”命令，或直接单击“实体仿真”按钮，系统立即进行加工仿真，并弹出“仿真加工”对话框，仿真结束如图49所示。

图49

⑷ 观察仿真加工的走刀路线，检查判断刀路是否正确、合理（有无过切等错误发生）。若有非原则上的错误，可通过选中下拉菜单“修改”下的命令对刀具轨迹进行编辑和修改。
7、后处理
⑴ 生成G代码是按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的加工轨迹转化生成G代码数据文件，即CNC数控程序，有了数控程序就可以直接输入机床进行数控加工。
⑵ 操作步骤如下：
① 选择下拉菜单“加工”—“后置处理”—“生成G代码”命令，系统自动弹出“生成后置代码”对话框。选择存取后置文件（*.cut）的地址，并填写后置程序文件名，可进行对其编辑，如图50。
图50

② 输入完文件名后选择“保存”按钮，系统提示“拾取加工轨迹”，应按顺序依次拾取加工轨迹。当拾取到加工轨迹后，该加工轨迹变为被拾取颜色。鼠标右键结束拾取，系统即生成数控程序。该程序生成在“记事本”文件上，如图51所示。拾取时可使用系统提供的拾取工具，可以同时拾取多个加工轨迹，被拾取轨迹的代码将生成在一个文件当中，生成的先后顺序与拾取的先后顺序相同。
图51

8、生成工艺清单
图52
⑴ 选择“加工”— “工艺清单”命令，弹出“工艺清单”对话框。填写加工零件名称，单击“拾取轨迹”按钮，返回工作界面，按顺序依次拾取粗、精加工轨迹后，单击鼠标右键，返回“工艺清单”对话框，如图52所示。

⑵ 在“工艺清单”对话框中单击“生成清单”按钮，弹出“CAXA工艺清单”界面。
⑶ 工艺清单共有general(NC数据检查表)、function(功能参数)、tool(刀具)、path(刀具路径)、ncdata(NC数据)5个NC数据检查表文件。
【任务小结】
本任务通过熊猫脸零件的二维图纸的分析到实体建模、到自动编程的CAXA制造工程师2011数控加工的一般方法和过程。学生在学习过程中要注意:在自动编程中，对不同特征区域应该采用不同的加工方法进行，切不可简章地采用一种直接实现所有不同曲面的加工，这样往往达不到预期的效果。

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