基于CAXA制造工程师四轴浮雕加工策略的应用

年得君 孙耀恒 孙护义

一、引言

多轴加工是指数控设备至少具备第四轴，并可以同时联动加工。主要用于复杂类零件的加工，加工精度高，可以在一次装夹中完成多面多方位加工，能提高零件的加工精度，避免刀具发生千涉、欠切和过切现象。四轴包裹加工不仅可以完成简单的柱面螺旋槽、凸轮槽等特征，还可以完成复杂曲面特征加工。无需进行柱面特征建模，以柱面展开图即可完成加工，操作简单，使多轴编程更简单。

二、包裹加工思路

1、圆柱凸轮包裹加工

以圆柱凸轮加工为例，编程思路，首先绘制凸轮展开图，在展开图中生成二维平面轮廓刀路路径，再将二维刀路包裹在圆柱面上。圆柱凸轮展开图绘制，如图1所示，图纸已给出凸轮外形尺寸，需计算圆柱展开长度L，L=3.1416x 115=361.284，再用展开长度L除以360得出1°对应的弧长1.004，根据给定角度，绘出圆柱凸轮展开图。如图2所示利用展开的平面图生成二维平面轮廓刀具路径，再用四轴包裹加工策略将二维刀路包裹在被加工圆柱上。

四轴柱面包裹加工参数设置如图3所示，四轴包裹加工不仅可将二维刀路包裹在圆柱面上，也可包裹在圆锥面上。参数对话框中“圆锥面定义”需要指定圆柱面的底面中心点，本例中以世界坐标系原点为圆柱面底面中心点。“轴向”需根据机床结构指定，选择“X轴正方向”设置柱面半径及高度。“平面包裹轨迹”拾取将要包裹的刀具轨迹并指定刀具轨迹基点，“最大点距”用于控制二维刀具轨迹包裹在圆柱上的精度，精度范围0.01～10之间。“圆锥面上的基点偏移”包裹后的四轴刀具轨迹可沿轴向平移，绕轴线旋转。

2、浮雕包裹加工

四轴包裹加工不仅用于简单的柱面螺旋槽加工，更适用于复杂柱面建模的加工对象。如图4所示，以八骏图浮雕加工为例，说明四轴包裹加工在浮雕加工中的应用。将平面的八骏图雕刻在圆柱面上，无需进行柱面建模，用三轴刀具轨迹进行四軸包裹加工，即可完成四轴浮雕加工。加工工艺为粗加工、残料加工和精加工，毛坯材质为铝合金。

加工所需刀具及加工参数如表1所列，粗加工选择φ6立铣刀粗加工，粗加工为三轴等高粗加工策略并留0.3mm的精加工余量。生成三轴等高粗加工刀具轨迹如图5所示，并将三轴粗加工刀轨包裹在φ115的圆柱面，如图6所示，进行四轴包裹加工时注意坐标轴方向。

粗加工结束后，选择较小的刀具完成小区域残料加工，复制粗加工策略并留0.3mm的精加工余量，参考粗加工刀具，生成残料粗加工轨迹如图7所示，选择残料加工轨迹，包裹参数默认上次即可，将残料刀具轨迹包裹在圆柱面，如图8所示。

完成粗加工和残料粗加工后，选择三轴扫描线精加工策略，为了获得更好的表面加工质量，扫描角度设置为45°完成扫描精加工后，生成精加工轨迹如图9所示，选择扫描线精加工轨迹，包裹参数默认上次即可。将精加工刀具轨迹包裹在圆柱面如图10所示。

三、后处理及加工

将四轴包裹加工轨迹进行后处理，生成的加工代码导入Veficut软件中进行验证。在多轴加工，避免在加工过程中发生千涉和碰撞等问题，必须进行仿真验证加工代码。Vericut多轴仿真可进行程序优化和加工精度分析，仿真加工如图11所示，实际加工如图12所示。

四、结论

本文详细介绍了CAXA制造工程师四轴包裹加工策略在多轴数控加工中的应用，以八骏图浮雕加工为例，从简单的圆柱凸轮加工为例，详细介绍了四轴包裹加工策略的参数设置，进一步将包裹加工策略应用到复杂柱面浮雕加工中。并将加工文件输出至Vericut中验证，四轴包裹加工代码符合加工要求，解决了轴面建模难题，发挥多轴加工优势，有一定的借鉴作用。