CAXA软件在复杂轴类零件车削加工中的应用.pdf

技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期CAXA 软件在复杂轴类零件车削加工中的应用彭欢（莱芜职业技术学院，济南 271199）近几年来复杂深沟槽轴类零件在汽车、航空航天、装备制造和职业技能大赛等领域应用非常广泛，很多工件外形，如各种蜗杆、凸轮、连杆和螺旋杆等都有复杂沟槽，日渐增多的复杂沟槽类零件对加工技术都提出很高的要求，如何快速进行精密车削加工是该轴类零件加工生产过程中面临的重大问题。CAD/CAM 是目前数控加工制造技术的重要组成部分，也是对复杂轴类深沟槽零件最直接有效的加工方式，能加快工业产品的开发速度，缩短各类产品的设计和制造周期。此应用技术对提高产品设计质量，尤其适用于小批量、高精度以及对加工一致性要求较高的产品加工优势最为明显。目前，市面用于轴类零件自动编程的数控软件较多，最常见的有 CAXA 数控车、Mastercam、UG、Pro/E和 Cimatron 等，作为国内知名的数字化设计和数字化制造系统软件，CAXA 是在全新的数控加工平台开发的数控车床编辑和二维图形设计软件，具有 CAD 软件强大的绘图功能和完善的外部数据接口，可以绘制任意复杂的图形，可通过 DWG、DXF、IGES 等数据接口与其他系统交换1，该软件提供了功能强大、界面简洁的轨迹生成手段，可按加工要求生成各种复杂图形的加工轨迹，通过后置处理模块使 CAXA 数控车可以满足机床的代码格式，可输出 G 代码，并对生成的代码进行检验及加工仿真，根据软件特性，本文以复杂轴类零件深沟槽零件数控车加工为例，详细分析在数控车床上利用 CAXA 软件对复杂轴类零件 CAD 二维图形进行软件的编程，并对加工尺寸精度的保证和加工时长效率的提高进行更深层次的探讨。1二维图形建图CAXA 软件提供丰富二维草图的绘制功能，能绘作者简介：彭欢（1987-），男，工程师。研究方向为数控技术、智能制造装备技术等。摘要：CAXA 是我国制造业信息化 CAD/CAM/PLM 领域自主知识产权软件的优秀代表和知名品牌，软件具有强大的 CAD/CAM 功能应用，该文以轴类零件车削加工为例，针对目前制造业生产及职业技能竞赛中常见的高精度深沟槽零件工艺特点，正确运用 CAXA 软件进行零件的数控车削加工编程，正确设定粗加工、半精加工、精加工阶段，合理设置切削刀具、加工参数、刀具轨迹选择及后处理设置等方面，生成 NC 代码，可简化编程并实现零件高效加工，最后通过软件线框仿真，验证复杂轴类零件深沟槽零件数控车编程的准确性。关键词：复杂轴类零件；CAXA；刀具轨迹；数控车；工艺设计中图分类号院TH164文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤28-0181-04Abstract:CAXA is an excellent representative and well-known brand of independent intellectual property software in the fieldof information-based CAD/CAM/PLM in Chinas manufacturing industry.The software has powerful CAD/CAM functions.Taking theturning of shaft parts as an example,in view of the process characteristics of high-precision deep groove parts commonly seen inmanufacturing production and professional skill competitions,the CAXA software is correctly used to program the CNC turning ofparts.Correct setting of rough machining,semi-finishing and finishing stages,reasonable setting of cutting tools,machiningparameters,tool path selection and post-processing settings can generate CNC code can simplify programming and realize efficientmachining of parts.Finally,the accuracy of CNC lathe programming of complex shaft parts-deep groove parts is verified bysoftware wireframe simulation.Keywords:complex shaft parts;CAXA;tool path;CNC lathe;process planningDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.28.045181-2023 年 28 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application制复杂的公式曲线、样条曲线及各种二维图形，其软件本身 CAD 模块就能实现轴类零件二维图形，软件本身还可读取 EXB、DWG、DXF 和 IGS 等标准图形接口，能快速准确地实现与其他 CAD 软件图形准确转换，在实际生产加工过程中可根据具体情况采用最合理方式完成二维图纸绘制，图 1 所示的复杂轴类零件二维图就是利用该软件 CAD 模块绘制。图 1轴类零件 2D 图纸工件图纸的识读基本知识要与 CAXA 软件绘图基本指令相结合，如何加工出一个合格零件，软件绘图是第一步也是最重要的一步，软件基本指令必须熟记在心，直线、圆弧、平行线和过渡等命令必须熟练掌握并合理运用。使用二维绘图完成工件回转体内外轮廓的绘制，利用软件元素的平移功能或孔/轴命令、镜像等基本操作绘制二维图纸，进行草图的裁剪、延伸等编辑操作，最后生成一个完整的二维回转体工件模型2，绘图者根据零件形位公差及基准准确绘制出草图，编者通过长期教学实践和个人加工经验总结，利用孔/轴命令在图纸绘制中比较准确容易，且不易出错。2复杂轴类零件数控车工艺CAXA 数控车软件 CAM 加工功能主要有以下几种。淤轮廓粗车：该模块功能用于实现对工件外部、内部轮廓表面和端面的粗精车加工3，用来迅速清除工件毛坯的多余部分。于轮廓精车：该模块功能实现对工件外部轮廓表面、内部轮廓表面和端面的精车加工。盂切槽粗精加工：该加工模块功能用于在工件外部轮廓表面、内部轮廓表面和端面切槽。榆钻中心孔：该加工模块用于在工件的旋转轴中心钻中心孔。虞车螺纹加工：此加工模块功能为非固定循环方式车削螺纹，可对螺纹加工中参数进行合理的设置，对加工方式进行灵活的控制。愚螺纹固定循环：该功能采用固定循环加工方式车削内外螺纹。深沟槽零件属于典型复杂轴类零件，表现在第一点径向切深较大，切削力过大，存在一定的刀具悬空距离、刚性较差问题；第二点排屑空间有限，容易产生积屑瘤，且难以快速冷却4；第三点是切槽刀具主要以径向切削为主，加工效率较低；第四点较容易在沟槽底部产生切削残留，且退刀时易划伤槽壁，导致零件加工表面质量受限。用普通车床难以完成该零件切槽加工，在数控车床采用手工编程费时费力，且不能保证零件加工尺寸精度要求，根据零件加工特点，采用 CAXA 软件进行数控编程，所设计数控工艺如下。根据轴类零件几何尺寸，下面我们选择一个椎80 mm伊127 mm 数控车床加工的工件，以切槽刀及球刀进行粗精加工分析讲解。数控车加工工艺设计见表 1。表 1数控车加工工艺设计2.1外圆及端面粗加工外圆及端面粗加工是零件加工基本步骤和第一工步，所有加工表面位于工件外表面，加工时产生比较大的切削力，切削力方向与工件轴线不一致，为了防止毛坯表面硬皮及端面凹凸不平引起受力不均匀导致刀片受损，外圆开粗加工之前，须选择 90 度偏刀粗加工车刀，在毛坯表面及端面进行去皮加工，手动车削单边最大车削深度 1 mm，去除毛坯硬皮及进行端面加工。2.2开粗加工因为深沟槽零件为复杂轴类零件，在此选用CAXA 软件带有的切槽加工模块进行车削槽设计，分为沟槽粗加工和沟槽精加工，深沟槽车削加工时，粗车加工时利用余量去除方式，约切除 80%加工余量，所耗费时间较多，应选择高效、合理粗加工方式进行开粗，此类工件开粗加工采用切槽刀切槽方式，不仅能迅速车削掉大部分毛坯材料，又能合理避开普通外圆刀具无法进行的沟槽加工，防止刀具过切工件，粗加工采用3 mm 的切槽刀，初始加工阶段为促进效率提高多选择较大背吃刀量，采用径向走刀方式进行加工5。加工 步骤 加工内容 刀具号 刀具类型 转速/（rmin-1)进给量/(mmr-1)1 外圆及端面 粗加工 T01 90 度偏刀 600 0.20 2 开粗加工 T02 3 mm 切槽刀 800 0.15 3 半精车加工 T03/T04 3 mm 切槽刀/R1.5 球刀 1 000 0.10 4 精车加工 T03/T04 3 mm 切槽刀/R1.5 球刀 1 000 0.10 182-技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期1）单击“数控车”按钮，并选择“车削槽加工”，系统弹出参数对话框，并根据实际加工要求分别填写加工参数，最后点击确定。2）单击“加工参数”选项卡，选择外轮廓切槽表面类型，加工工艺类型为粗加工，加工方向为“纵向”，平移步距设置为 2 mm，加工余量选择为 0.3 mm，切深行距 1 mm、选择“刀具只能下切”。3）单击“刀具参数”选项卡，修改切槽车刀参数，刀具宽度 W 为 2 mm，刀刃宽度 N 为 3 mm，刀尖圆弧半径R0.4 mm，刀具号（T）为 1，半径补偿 D 为 1，最后点击“入库”，T0101 切槽刀即入刀具库中，可方便调用，切槽刀设置完成，单击切削用量，速度设定中进退刀快速走刀，可根据实际加工经验设置，进刀量设置 0.15mm/rev，主轴转速选项中选用“恒转速”设置为 800 r/min，最后点击确定按钮。4）拾取需要粗加工轮廓曲线（右键确定），拾取终止曲线，最后拾取合理的进退刀点。2.3半精车加工半精车加工采用 3 mm 切槽刀及 R1.5 mm 圆弧球头刀，采用拐角圆弧过渡，做相切圆、辅助线等方式，纵深加工方向加工，并为槽底及槽壁预留 0.3 mm 的精加工余量，采用圆弧球头刀为了能在加工中去除普通槽刀无法加工的残留，防止引起过切现象，提高加工精度及效率，半精加工的刀具轨迹设置如下。1）单击“数控车”按钮，并选择“车削槽加工”，系统弹出参数对话框，并根据实际加工要求分别填写加工参数，最后点击确定。2）单击“加工参数”选项卡，选择外轮廓切槽表面类型，加工工艺类型为精加工，加工选择“刀具只能下切”，加工精度设置为 0.01，数值越小代表粗糙度越低，我们通常默认为 0.01，加工余量设置为 0.1 mm，末行刀次为 1。3）单击“刀具参数”选项卡，选择“刀库”命令，选择前边已经设定好的切槽刀 T0101，调用此刀具，半精加工切槽刀设置完成，单击切削用量，速度设定中进退刀快速走刀，可根据实际加工经验设置，进刀量设置0.1 mm/rev，主轴转速选项中选用“恒转速”设置为1 000 r/min，最后点击确定按钮。4）拾取需要半精加工轮廓曲线（右键确定），拾取终止曲线，最后拾取合理的进退刀点。2.4精车加工精车加工阶段的主要目的是保持加工精度，保证各个尺寸链的位置度公差，因此必须在保证加工精度的前提下，提高加工效率，复杂深沟槽轴类零件在自动编程精加工重难点分析及解决方法。关于外轮廓槽圆弧倒角过渡接刀痕问题，由于外圆深沟槽外表面有圆弧倒角过渡，根据实际加工经验结合软件自动编程功能，由于机床精度同轴度以及加工使用刀具可能不一致等各种问题，精加工时，圆弧倒角过渡和直线相切处无法平滑过渡，必须画圆弧辅助线来约束刀具轨迹，刀具实际加工沿所画辅助线进行走刀，然后平滑到圆弧倒角。如若不画辅助线，切槽刀会以直线方式进行走刀，直线走刀必然会在圆弧处留下接痕，做相切圆弧过渡，不仅不会损伤零件表面粗糙度，最主要的是在圆弧倒角精加工处不会存留接刀痕，提高零件的外部表面粗糙度及外形美观度。关于切槽刀加工完沟槽如何防止退刀时划伤槽壁问题，CAXA 软件在进行数控编程时，精车槽壁程序过程中，车刀会自动沿着槽壁进行平行退刀，如若刀刃残留部分加工材料或刀具切削由于应力产生导致刀片有一定倾斜，势必导致划伤已加工的槽壁，此加工方法不可取，根据实际生产及多次试验对比，此时应在软件绘图编程时槽底两处绘制圆角命令来限制切槽刀退刀问题，如若车刀刀尖圆弧半径 R0.4 mm，槽底处圆角应绘制 R0.55 mm 圆角；车刀刀尖圆弧半径 R0.2 mm，槽底处圆角应绘制 R0.35 mm 圆角，根据此圆角进行绘制，车刀退刀时不会自动贴合槽壁来进行退刀，远离槽壁，保护现已精加工成形的槽壁。针对此类零件，精车与半精车加工参数设置大致相同，背吃刀量应小，为得到高质量加工表面，机床转速选用 1 000 r/min，精车加工沟槽时，必须逐一槽进行加工，每一个槽单独加工完一侧槽壁和槽底后，再单独加工另一侧槽底，保证尺寸链以及位置度公差，加工参数设置如图2 所示。图 3 显示复杂轴类零件精加工刀具路径，通过刀路轨迹可见对于复杂轴类零件采用上述加工工艺进行粗车加工和精车加工，加工效果比较理想，加工效率也有一定的提高，达到加工预期的效果。2.5仿真验证和后处理程序复杂轴类零件刀具走刀路线生成后，须进行对应183-2023 年 28 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application的刀路轨迹仿真验证，以进一步证实刀具轨迹合理性，通过 CAXA 软件带有的线框仿真功能可对实际车削加工过程进行模拟仿真6，在仿真过程中进行车刀的干涉检查，可验证仿真刀具轨迹能否满足实际加工需求，避免加工过程中出现干涉、过切与碰撞等危险现象发生，通过线框仿真过程验证复杂轴类零件深沟槽类数控车床加工准确性。图 2车削槽精加工参数设置图 3精加工刀具路径后置处理需要将 CAXA 中的刀具路径转换为机床识别的代码格式，CAXA 软件提供多种控制系统并能根据特殊系统进行自定义更改7，更适合企业及学校进行合理设置，对于 CAXA 软件自动生成的深沟槽零件刀具轨迹进行相应的后处理后，就可以通过 RS232 网络在线传输或 CF 卡输送给数控机床进行实际加工，以下为部分数控代码。工件加工效果如图 4 所示。O0001T0101G99 S1000 M03M08G00 X150.Z150.X34.109 F0.1X24.086 Z-66.X45.82G03 X46.02 Z-66.1 R0.1G01 Z-68.9.图 4工件加工效果3结束语CAXA 软件具有比较丰富的二维建模功能及自动编程能力，可用于复杂轴类零件车削加工编程，此文结合深沟槽零件二维建模及车削仿真加工实例，分析数控车加工工艺及各种参数设置等关键问题，合理设置粗车、精车加工阶段车削刀具、切削进给用量、毛坯余量和刀具路径设置等工艺参数，生成比较合适的刀具切削轨迹，并通过软件自动的线框仿真验证复杂轴类零件深沟槽数控车床加工准确合理性。使用此加工工艺效果理想，加工效率提高，达到实际预期效果，在制造业生产应用及各类学校职业技能竞赛中具有一定的参考借鉴价值。参考文献院1 韦洪新，曾高.CAXA 数控车手工编程与自动编程的比较研究J.黑龙江工业学院学报（综合版），2020，20（11）：88-92.2 白雪玲，刘文静，胡延东，等.如何利用 CAXA 数控车软件加工轴及轴上键槽J.内燃机与配件，2021（19）：102-103.3 张云.关于数控自动编程加工的后处理问题J.河北农机，2021（9）：87-88.4 徐军平.数控车在加工沟槽时刀路的优化和分析J.林业机械与木工设备，2020（8）：59-60.5 张玉香.数控车加工精度影响因素及改进策略分析J.机电产品开发与创新，2022，35（2）：132-134.6 高绍艳，张洲硕.基于 CAXA 数控车、编程助手和斐克仿真软件配合的数控车削加工技术J.中国新技术新产品，2013（3）：13-14.7 张建民.数控加工自动编程系统的实现及技术分析J.科技与创新，2015（34）：115.184-