CAXA软件在汽车零部件高速加工中的应用

刘旋

摘要： 通过将CAXA运用于汽车零部件加工，能够大幅减少手工编程计算任务，提高编程工作的正确性、有效性，还能实现对加工过程的模拟，自动对比加工质量、生成数控代码，提高汽车零部件加工的精准度，减少了加工成本和能耗。本文对基于CAXA的高速加工技术、功能和零件加工步骤进行分析，介绍了CAXA在汽车盘形凸轮加工中的应用案例。

Abstract： By applying CAXA to the processing of auto parts， it can greatly reduce the calculation tasks of manual programming， improve the correctness and effectiveness of programming， simulate the processing process， automatically compare the processing quality， generate NC code， improve the accuracy of auto parts processing， and reduce the processing cost and energy consumption. This paper analyzes the high-speed machining technology， function and parts machining steps based on CAXA， and introduces the application case of CAXA in automobile disc cam machining.

關键词： CAXA软件;汽车零部件;高速加工;应用

Key words： CAXA software;auto parts;high speed machining;application

中图分类号：U472.43                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0082-03

0  引言

在制造行业向高质量方向发展的行业背景下，汽车、电子、航天等领域出现了越来越多小尺寸、高精度的零部件，这就需要在提高加工速度的同时，保证零件加工的刚度、精度。CAXA是一款为数控机床加工服务的三维CAD/CAM软件，此软件具有多种数据接口，支持与其他软件的数据交换，还能实现图形的转换。利用CAXA的强大功能，能够精确地完成实体造型，运用NURBS自由曲面造型、曲面实体复合造型技术进行加工，还能够通过控制加工工艺、仿真加工轨迹，以及后置处理技术等方式，更加合理地、高效地进行生产和管理。基于此，本文对CAXA软件的高速加工技术、主要功能和加工过程进行分析，探讨其在汽车零件加工中的应用。

1  基于CAXA的高速加工技术

CAXA是一款具有强大数控编程功能的软件，其中集成了一系列粗加工、精加工方式，如等高线粗加工、区域粗加工、曲面区域精加工等。在生成加工代码、实施加工和造型等方面，这款软件具备较强的优越性，能够提供更加精准、高效的数字信息化的高速加工方案。在具体操作中，只有获得优秀刀具、机床等硬件设备的支持，以及高性能的CAM软件，才能顺利进行高速铣削。而CAXA软件恰好能够匹配高速铣削的加工程序、要求，通过发挥其CAM功能，能够输出更加稳定、合理的刀位轨迹，便于调节切削速度和角度，还能够光滑地执行进退刀操作。在高速加工实践中，首先对摆线粗加工提出了较高标准，标准操作的实现需要能够控制刀位运行轨迹，以确保刀具以一致的进给率运动，稳定地完成日常的高速加工任务。其次，要重视插铣式粗加工。在进行高速加工时，必须要运用CAXA界定刀的运行轨迹，以接近钻孔轨迹的模式进行操作，这样，就能顺利地完成注塑模具、冲压模具的加工流程。此外，要严格地控制导动式加工。相较于衔切曲面加工方式，运用导动式加工能以高质量、高精度地完成操作，只需要结合导动线、截面线就能顺利进行高速加工，提高加工零件的表面质量和精准度。在实际数控操作中，应用数控加工仿真系统软件进行数据处理操作技能的训练。这是一个比较先进的仿真软件。在这一环节中，对机床的操作过程进行了一系列的仿真，以达到一定的目的。具体来说，它可以有效地利用加工操作、后处理、数控编程等具体功能，CAXA制造工程师技术应该是应用最广泛、最有效的软件。

2  CAD在机械设计中的应用

许多国外软件，如CAD、cam、CAE等高端软件，充斥着我国的软件市场，国内CAD软件平台的竞争程度可想而知。因为3D CAD具有更好的立体感，更便于人们理解，不仅便于设计师观察，而且有助于设计师深化思维，发展新的机械设计。几种流行的CAM软件的后处理系统大致可以分为专用后处理系统和通用后处理系统。

2.1 减少了机械设计的周期

三维CAD软件可以解决零件设计中复杂的空间结构问题。它可以构造各种复杂的模型结构部分由简单的几何实体布尔运算，也可以自动处理这些模型，大大减少了设计工作量，以及机械设计的周期可以缩短至少三分之一，因此，机械设计的效率大大提高。在使用在使用CAD软件进行设计时，不需要对所有零件进行重新设计，只需要对部分零件进行设计，而其他大部分零件保留了原始数据，这将使机械设计时间缩短三倍甚至更多，CAD软件还具有自动识别功能，可快速实现新零件的重组。

2.2 零件的设计和校正更方便

该三维CAD软件可操作性强，便于设计人员在设备环境中进行新零件的设计。还可以根据零件之间的间距和相邻零件的位置形状设计新零件，既能保证零件之间的配合，又能避免零件分开设计时不一致的问题。例如，可以根据设备环境中原齿轮的尺寸和速度设计所需的填充齿轮;另外，CAD的参考使得零件的修改更加方便，因为它在零件环境中配备了搜索器。在零件建模时，搜索器可以搜索所有的命令来完成零件的建模。此时只需点击命令，将这些零件的成型过程逐个以动画的形式显示出来，当需要修改零件时，只需要在装配的情况下搜索相应的命令来修改零件即可。通过点击命令，可以实现对零件的自动修改。

2.3 提高了机械产品的质量和技术含量

通过CAD设计技术和CIMS组织生产，将机械设计与信息技术相结合，使机械设计更加准确。三维CAD软件具有精确的数据分析和处理功能，可以大大提高产品的质量和技术含量。目前，大多数企业的数据处理技术已经接近完善CAD等技术，可获得稳定的成品率，提高产品质量。3D CAD不仅可以详细描述产品的形状、大小甚至颜色，还可以更准确地展示设计师的意图。随着以CAD技术为基础的机械技术的新发展和电子信息化的不断发展，信息化的智能化越来越普遍，这使得CAD引导的机械制造技術开始向智能化方向发展，集成和绿色。

2.4 机械制造技术智能化

我们所说的智能是指将智能技术应用于计算机在CAD系统中，如人工智能、智能关联、数据自动处理等。目前，计算机已经完全能够处理一些复杂的数据信息，三维CAD技术也越来越成熟。在辅助设计的基础上，集成智能处理，使CAD在机械设计中更加智能化，具有识别和学习的能力。这里提到的CAD智能意味着系统可以自行推断和处理信息。它不像人那样聪明，但它是天赋的。

2.5 机械制造技术集成

所谓集成，就是指当前的CAD技术不是独立的。它涵盖了外围设备、计算机技术、数据和图像技术等多个领域，并指导这些领域与cam、CAPP、PDM、MRP等系统的集成。随着现代计算机的发展，这些系统的集成已经成为可能。如何在计算机技术的基础上实现CAD、cam等系统的集成已成为一个热门话题。特别是在世界大数据全球化的背景下，基于计算机系统的CAD系统将成为新的潮流。

2.6 机械制造技术的绿色

所谓绿色制造技术，是指产品生产中以节约能源和减少研发周期为视角。实现机械制造技术的快速完成，利用智能网络实现机械制造可列为绿色制造的范畴。但由于目前技术水平的限制，只有汽车、家电等制造业才能合理应用绿化。新时期CAD技术在机械设计与制造行业的应用，必将引导机械制造业向智能化、集成化方向发展。虽然我国在CAD技术的应用领域取得了良好的成就，但与国外仍有很大的差距。不断提高CAD技术在机械设计和制造中的应用仍然是未来工作的中心。

3  CAXA软件的功能及零件加工流程

3.1 主要功能分析

CAXA软件实现了一体化，同时具备曲面造型、实体造型功能方法，能够利用多种造型手段和策略，为相关人员提供曲面编辑、多种NURBS曲面造型的帮助，也可以完成拉伸、放样、导动等特征造型操作，还支持复杂曲面和实体混合造型方法。

3.2 分析零件工艺并确定加工参数

在CAXA软件的支持下，要做好零件加工工艺、加工参数的分析和选择工作。首先，要根据工件性能要求设计模型造型，运用软件的造型功能构建三维加工模型，再开展三维实体造型设计，形成复杂工件的设计工艺方案。其后，要对数控机床的参数进行调整和设置，进行建立毛坯、刀具元件建库等操作，形成三维的工件加工环境。最后，要根据工艺选取刀具、明确切削的参数，还要根据加工精度、零部件形状合理安排工艺。比如，要采取先粗后精、先面后孔的的方案，要将换刀具的次数控制一定范围，高效率地完成加工。

3.3 明确加工零件的刀路轨迹

根据加工零件的要求，可以灵活选取CAXA软件的多种加工方法，以等高、扫描、导动方式完成实体加工部分，并将要求和数据参数输入其中，直接形成关于零件的刀具轨迹、切削路径，以及粗、精加工的轨迹，采用不同的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，快速生成零件的粗加工和精加工轨迹、刀具轨迹和刀具切削路径。同时，还要考虑到加工精度、余量和行距等参数。在明确刀具轨迹时，需要关注以下方面：其一，刀具轨迹必须与零件加工需要匹配;其二，刀具轨迹的选取要尽可能简单，以避免出现重复性的多余轨迹;其三，要对粗细加工余量进行合理设置，避免不必要的时间占用。此外，还要针对重要部分、关键尺寸处运用辅助功能，做好检测工作。

3.4 模拟加工刀具轨迹

在形成刀具轨迹后，可以运用CAXA软件的仿真功能，以仿真形式模拟实体加工，预先检验过切、干涉等现象，再调用对比功能分析颜色，判断轨迹是否达到设计标准、真实加工质量。同时，还能编辑和优化精加工轨迹，更好地避免错误的发生，大大解决材料成本消耗，提高生产加工效率。

3.5 后置处理和传输程序

在CAXA软件中，对于不同数控设备，需要选取或添加相对应的后置处理程序。其后，可以运用软件的编程助手，对代码文件进行编辑、自动导入，以仿真形式验证手写代码、宏程序代码的正确性。也可以，对不同系统代码进行后置置换操作，以有效地实现加工程序的共享。最后，需要利用RS232串口实现通讯传输功能，将零件加工代码导入至机床中，在配置相关参数、设置相关刀具的基础上即可进行加工工作。

4  CAXA软件在汽车零部件高速加工中的应用研究

4.1 优化凸（凹形）加工技术

在选取凸形或凹形进行加工时，切削要选取等高线加工方式。为了达到高速加工要求，要采取圆弧切入、切出，毛坯外进刀方式，并做好切削量的控制。在具体加工中，面对几何形状复杂的汽车模具、零件，高速加工不仅要考虑到轨迹层之间的处理工作，合理选取切入、切出方式，还要缜密地分析多种轨迹拐角方式、优化进出刀点的位置，考虑速度控制情况，顺、逆铣是否一致等。例如，对于纯凸、凹的模型，可以采用圆弧切入、切出的方式处理层与层之间，能够以人工方式计算出切入/切出的半径数值。但是，对于复杂几何形状模型，上述数值很难以人工方式得出，主要是由于汽车模型（模具）的等高线加工轨迹十分复杂，若直接按照相同位置安排工艺，则容易出现局部过切的现象，这时就需要运用CAXA软件进行辅助计算。

4.2 做好高速加工拐角处理

同时，在对汽车检具进行高速加工时，往往会出现较多带有尖角的棱边，且材料属于脆性材料。若未经过轨迹优化，很容易在高速加工环节中给棱邊带来不可逆的伤害。通过在加工检具中运用CAXA软件，能够自动生成保护尖角棱边的轨迹，还能在处理拐角时控制加减速，以合理的工艺处理方式保证模具。同时，面对小拐角的处理，若部分机床控制系统不支持自动降速，就需要运用CAXA软件。比如，在未经过降速处理的情况下，汽车主模型（模具）的凹形拐角会给机床带来很大的负载，甚至会出现机床损坏的现象。通过运用CAXA软件的拐角加工减速功能，能够围绕路径的角部角、倾斜角等参数，以合理的方式做出自动降速调整，如描线角部、等高线角部、减速等高线角部半径等，均可以进行一定范围的降速。

4.3 优化后置处理技术

在进行后置处理时，运用CAXA软件，可以针对曲面加工代码进行优化。同时，对于西门子系统，软件为其提供了空间圆弧指令。这样，对于复杂曲面的加工和处理，可以直接以空间圆弧差补替代直线差补轨迹处理，不仅能够精简代码数量，还能够形成更加平滑的代码轨迹，十分适用于汽车模型、模具的告诉加工。

5  CAXA在汽车盘形凸轮数控铣加工中的应用案例

围绕汽车盘形凸轮零件的加工，可以采用CAXA软件进行设计、自动加工，提高加工的精准度。首先，要根据凸轮使用性能进行三维模型设计：第一步，要对凸轮的压力角进行明确。从传力特点角度看，传动程度受压力角的影响，在数值较小的情况下，能够增大凸轮径向尺寸;考虑到压力角的紧凑性，需要尽可能地放大压力角。对此，需要兼顾和平衡这两个方面，要先达到传力条件要求，再适当地选取压力角，确保其在许用范围内。第二步，对凸轮轮廓曲线进行绘制。

综合考虑使用性能、从动部件运动规律，可以使用CAXA软件的曲线功能，分段绘制曲线。比如，对于心尖顶移动从动件盘形凸轮，要进入草图模式，结合远休止角、升程等、位移线图等参数进行绘制。第三步，设计出凸轮三维模型。在绘制草图时，要运用软件功能检查草图是否处于闭合状态，在确定闭合的情况进行凸轮厚度设置、凸轮周边倒角处理等操作。

其次，要进行凸轮曲面加工：第一步，基于设计实体进行加工模型的重新生成。要使用软件的相关线功能，根据实体边界形成新的轮廓曲线，再使用样条转圆弧功能转化圆弧。通过生成这样的加工G代码，能够迅速提高加工效果。第二步，要对加工毛坯进行明确，根据实际机床型号设置后置程序，合理地设置和调整各项参数。第三步，对凸轮进行粗加工。盘形凸轮整体上已经形成了轮廓，所以选取的粗、精加工形式分别为平面区域、轮廓线方式加工。第三步，对凸轮的精加工，在进行粗加工前，可以先对粗加工刀具轨迹进行隐藏，调用软件的轮廓线调整精加工的相关参数。

此外，还需要灵活运用CAXA软件进行以下三种操作：第一种，仿真模拟轨迹。要调用软件的线面可见功能，对设计、生成的加工轨迹进行显示查看，再对粗、细加工轨迹进行拾取，开展轨迹仿真和加工工作。第二种，生成G代码程序，并选择工序单。在CAXA软件中，寻找后置处理中的“生成G代码”功能，设置并保存。在软件界面提示拾取粗加工轨迹时，可以将G代码程序存储到文件中，再以同样的操作步骤完成精加工G代码程序的生成。然后，要以人工操作方式修改程序首、尾码部分，如换刀、程序号、程序结束语等，以确保工艺过程连续进行，再对工序清单的NC数据检查表文件进行选择。第三种，执行自动加工操作。在完成刀具组的装置后，要设置加工零件的程序、工件坐标系，进行自动操作。

6  结束语

综上所述，新时期CAD技术在机械设计与制造行业的应用，必将引导机械制造业向智能化、集成化方向发展。虽然我国在CAD技术的应用领域取得了良好的成就，但与国外仍有很大的差距。不断提高CAD技术在机械设计和制造中的应用仍然是未来工作的中心。加强CAXA软件在汽车零部件高速加工中的应用，能够大幅减少繁琐的人工编程、画图和计算时间，还能够为加工人员提供仿真模拟轨迹，提高了代码生成效率、零部件加工精度，通过有效配合机床特点、加工参数和工艺等因素，能够推动汽车生产加工行业的持续发展。

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