基于CAXA的复杂曲面三维造型及数控加工

0 引言

　　现阶段，越来越多的零件采用数控加工，但加工方法往往还是先用二维设计软件进行基于2D的平面图零件设计，然后由工艺人员/程序员直接以G代码进行NC手工编程，这种方法适用于一般简单零件的平面加工、直线加工、回转体加工及点位加工。其编程速度较快，代码简洁，然而对于几何形状复杂，特别是对非圆曲面的加工，上述编程方法就十分困难了。

　　随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统日趋完善，逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。CAXA ME就是集CAD/CAM于一体的软件，为数控加工行业提供了从造型设计到代码生成、加工仿真、代码检验等一体化的全面解决方案，现已广泛应用于许多领域。用户可以利用CAD模块进行几何图形的绘制，通过CAM模块生成刀具路径，经过后处理转换成NC程序，传送至数控机床中进行加工。现以可口可乐瓶底为例，介绍利用CAXA ME软件实现复杂曲面三维造型及其数控加工。

1 可乐瓶底凹模型腔的三维造型设计过程

　　1.1 可乐瓶底凹模型腔的三维造型思想

　　可乐瓶底的曲面造型比较复杂，它有5个完全相同的部分。用实体造型不能完成，所以利用CAXA制造工程师强大的曲面造型功能中的网格面来实现。其实只要作出一个突起的两根截面线和一个凹进的一根截面线，再进行圆形阵列就可以得到其他几个突起和凹进的所有截面线。然后使用网格面功能生成5个相同部分的曲面。可乐瓶底的最下面的平面使用直纹面中的点+曲线方式来做，这样做的好处是在做加工时两张面(直纹面和网格面)可以一同用参数线加工。最后以瓶底的上口为准，构造一个立方体实体，然后用可乐瓶底的两张面把不需要的部分裁剪掉，就可以得到要求的凹模型腔。

　　1.2 可乐瓶底凹模型腔的曲面造型

　　1)绘制截面线。将绘图平面切换到加：平面，绘制一个42.5x37的矩形，将矩形的左上角平移到原点(0，0，0)，利用等距线、裁剪等按钮完成可乐瓶底的5个相同部分中第一部分的截面线，通过阵列得到全部构造曲面所作的线架。

　　2)生成网格面。按F5键进入俯视图，单击曲面工具栏中的“网格面”按钮，依次拾取u截面线，按鼠标右键确认；再依次拾取V截面线，按右键确认，稍等片刻生成网格面。

　　3)生成直纹面。底部中心部分曲面用直纹面“点+曲线”来做，这样的好处是在做加工时，两张面(网格面和直纹面)可以一同用参数线来加工，而面裁剪平面不能与非裁剪平面一起来加工。

　　通过拾取过滤设置和隐藏等命令将线框全部隐藏掉，得到可乐瓶底的曲面造型如图1所示。

图1瓶底效果图

　　1.3 曲面实体混合造型

　　造型思路是先以瓶底的上口为准，构造一个立方体实体，然后用可乐瓶底的两张面(网格面和直纹面)把不需要的部分裁剪掉，得到所要求的凹模型腔。多曲面裁剪实体是CAXA制造工程师中非常有用的功能。造型结果如图3精加工走刀路线图2所示。

图2可乐瓶底模具造型

2 可乐瓶底模具的粗精加工及刀具轨迹

　　根据曲面形状特点，难于用普通铣床进行粗加工，利用CAXA制造工程师，生成G代码后，输入数控机床来完成加工。可乐瓶底凹模型腔的整体形状较为陡峭，粗加工采用等高粗加工方式，然后采用参数线加工方式对凹模型腔中间曲面进行精加工。

　　2.1 等高粗加工及刀具轨迹

设置工艺参数。选择“应用”→“轨迹生成”→“等高粗加工”，出现“粗加工参数表”对话框，在“粗加工参数”选项中设置各项参数。注意毛坯类型选择“拾取轮廓”。根据左下方的提示拾取轮廓，然后拾取曲面。拾取曲面可以按W键，全部选中。按右键确认以后系统开始计算，稍候，得出轨迹。拾取粗刀具轨迹，单击右键选择“隐藏“命令，将粗加工轨迹隐藏掉，以便观察下面的精加工轨迹。