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CAXA制造工程师在数控加工中的应用

发布时间:2014-01-20 作者:胡刚 
近年来,由于计算机技术的迅速发展,基于CAD/CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟,CAD/CAM技术必将成为实现制造业技术进步的一种必然趋势,CAXA制造工程师便是该技术的杰出代表。本文应用加工实例介绍了CAXA制造工程师在数控加工中的应用。

3 基于CAXA制造工程师的工艺加工过程 
  3.1 CAXA制造工程师制造功能模块的主要功能 
  CAXA制造工程师是一个曲面实体相结合的CAD/CAM一体化的国产CAM软件,是基于三维的零件设计、制造和分析的软件包。其制造功能模块主要具有以下功能: 
  (1)保证数据的唯一性和相关性 
如果对一个零件模型进行了修改,与此零件相关的装配图、零件图等都会自动更新。 
  (2)强大的加工环境设计能力 
  能够模拟加工条件,建立三维的组装式夹具装配、刀具装配、加工毛坯系列;图形交互式人机对话;有多种进刀方式,可自动生成加工刀具路径。能进行铣削、镗削、车削、铰孔、线切割等多种加工。每种加工都提供多种加工方式;能图形显示刀具路径;屏幕模拟实际切削过程,显示材料去除过程和进行刀具干涉检查;可提供完整的工艺过程信息。可提供刀具装配、安装、使用信息,夹具安装、使用信息,机床使用信息,工艺参数设置信息等。
  3.2 CAXA制造工程师在数控机床上进行工艺分析及加工的过程 
  基于CAXA制造工程师的技术支持,在数控机床上进行零件加工工艺分析及加工的过程,可分为下面的几个阶段: 
  (1)准备工作 
  在这个阶段里,主要完成加工环境设计工作,即在完成工艺方案设计的前提下,在计算机上完成数控机床参数设置,刀具元件建库、刀具组装,通用夹具元件建库、专用夹具元件建模、夹具组装等,目的是建立一个三维工件的加工环境。 
  (2)工件模型造型设计
  利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能,将零件的被加工部位绘制到计算机屏幕上,作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。 
  加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上,用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求,CAM系统应提供强大的几何建模功能,不仅应能生成常用的直线和圆弧,还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法,并提供过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入,因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口,如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细,企业之间的协作越来越频繁,这种形式目前越来越普遍。
  被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到,针对此类的需求,CAM系统应提供读入测量数据的功能,按一定的格式给出的数据,系统自动生成零件的外形曲面。示例如图二所示。 
  (3)加工方案设计 
  对以上零件的三维建模进行分析,按工艺方案的要求,根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具特征和参数,筛选最适合的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析,根据加工性质修改增补造型,根据加工特点以及加工能力,确定需要加工的三维实体面,再分析实体的组成情况,拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径,找到刀具在运动中可能发生干涉的部位,并及时地进行加工环境调整。 
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  (4)生成加工轨迹 
  建立了加工模型后,即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求,灵活地选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等,方便快速地生成所需要的刀具轨迹,即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地,它不仅集成了北航多年科研方面的成果,也集成了工厂中的加工工艺经验,它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹,已经不是一种单纯的数值计算,而是工厂中数控加工经验的生动体现,也是个人加工经验的积累,它人加工经验的继承。为满足特殊的工艺需要,CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生,并可通过代码校核,用图形方法检验加工代码的正确性。根据需加工零件的形状特点及工艺要求,利用CAXA制造工程师中提供的曲面、导动、参数线、投影、等高等加工方法,灵活选定需要加工的实体部分,输入相关的数据参数和要求,可快速显示图形、生成刀具轨迹和刀具切削路径。示例如图三所示。针对实体不同加工性质和加工部位的特点,采用不同的加工方法,从而生成不同的粗加工和精加工轨迹。编程人员可以根据实际需要,灵活地选择加工部位和加工方法。加工轨迹生成后,利用刀位编辑、轨迹的连接和打断编辑以及参数修改等功能,对相关轨迹进行编辑和修改。运用轨迹仿真功能,即可屏幕模拟实际切削过程,显示材料去除过程和进行刀具干涉检查,检验生成的刀具轨迹是否满足要求,查看切削后的工件截面,确保不会出现过切。示例如图四所示。 
  (5)生成G代码
  数控编程的核心工作就是生成刀具轨迹,然后将其离散成刀位点,经后置处理产生数控加工程序。当加工轨迹生成后,按照当前机床类型的配置要求,把已经生成的刀具轨迹自动转化成合适的数控系统加工G代码,即CNC数控加工程序。但不同的机床,其数控系统是不尽相同的。不同的数控系统,其G代码功能不同,加工程序的格式也有所区别,所以要对G代码进行后置处理,以对应于相应的机床。利用软件的加工工艺参数后置处理功能,可以通过对“后置处理设置”进行修改,使其适用于机床数控系统的要求,或按机床规定的格式进行定制。定制后,可以保存设置,用于今后与此类机床匹配需要。
  G代码生成后,可根据需要,自动生成加工工艺单。生成加工工艺单的目的有三个:一是车间加工的需要。当加工程序较多时,可以使加工有条理,不会产生混乱。二是方便编程者和机床操作者的交流。凭嘴讲的东西总不如纸面上的文字更清楚。三是车间生产和技术管理上的需要。加工完的工件的图形档案、G代码程序可以和加工工艺单一起保存,一年以后如需要再加工此工件,那么可以立即取出来就加工,一切都是很清楚的,不需要再做重复的劳动。 
  (6)G代码传输和机床加工
  生成G代码之后,可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件,完成通过计算机的串口或并口与机床连接,将数控加工代码传输到数控机床,机床根据接收到的G代码加工程序,就可进行在线DNC加工或单独加工了。 
我们用CAXA制造工程师对示例零件进行了数控加工,刀具路径设计合理、正确,执行加工一次成功。 
4 结束语
  通过实例,我们看到CAXA制造工程师软件编程与传统的手编程的数控加工相比较,有以下几个特点: 
  (1)在计算机屏幕上,面向零件的几何图形,以鼠标指点操作对象,使用相关菜单进行编程设计,方法简单易学。
  (2)编程结果直观,以刀具路径在屏幕上显示,处理速度快。经仿真切削和刀具干涉检查,所编程序一次成功,大幅度减少了机床调整时间和机床试切时间。 
  (3)减少了程序调试时间,减少了机床工时占用,缩短了生产周期。 
  (4)采用数控技术不仅可以缩短生产周期,又避免了多次装夹,提高了加工精度,也提高了加工的准确性和加工复杂零件的能力。
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