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CAXA制造工程师建模设计和数控加工

2022/01/04 阅读:

摘要:现代数控技术的广泛应用给传统制造业带来了革命性变化,使先进制造业成为现代工业化的象征。基于此,以中国象棋的建模设计与数控加工为例,介绍应用 CAXA 制造工程师进行建模造型、实体仿真、生成加工程序及导入数控设备加工等工艺的流程,并运用曲线式铣槽加工方法加工出样式新颖的中国象棋,为建模设计工作提供了一种利用 CAXA 制造工程师进行字体造型的更高效便捷的方法。

关键词:CAXA 制造工程师;中国象棋设计;数控加工

1传统生产制造与现代生产制造

1.1传统生产制造

传统的生产制造是工艺人员按照图纸标注的尺寸手工编制程序,而后将程序输入机床进行加工的生产方式。若需要修改产品的尺寸参数,则要重新设计图纸,再手工编程输入机床进行加工[1]。这样会消耗大量的人力和物力,严重影响产品的更新发展,不符合现代加工生产制造业高速发展的需要。

1.2现代生产制造

现代生产制造中,通常会借助工业设计软件绘画并构造零件的实体造型,然后利用软件自带功能生成加工程序代码,再输入到机床进行加工。目前,国内机械设计制造行业应用较为广泛的是国产软件 CAXA系列。CAXA 系列软件中,CAXA 制造工程师模块不但能够专门针对数控多轴设备产品进行平面设计,还可以构造产品三维实体模型,从而清晰地看到产品加工的最终效果,提高工作效率和生产效率[2]。

2利用 CAXA 制造工程师的设计与模拟加工思路

借助工业设计软件自动生成程序相对传统手工编程而言,能够有效减少程序生成时间和编程人员的尺寸计算量,对一些形状复杂、曲线复杂的工件尤为适用,特别适用于新产品的研制和工艺性较强的产品研发和制造。应用 CAXA 制造工程师设计象棋棋子应按照以下步骤[3-4]:首先,用草图绘制功能设计出棋子外形轮廓;其次,用实体特征功能对工件轮廓进行旋转增料、拉伸增料、旋转除料和拉伸除料等操作,生成象棋粗糙模型;最后,在模型表面上输入象棋字体完成模型的建立。模型建立完成后,选择相关加工方式(平面区域粗加工、平面轮廓精加工、曲线式铣槽加工等)对模型进行仿真加工,待确认无误后生成加工程序,并将程序通过分布式数控功能或 U 盘传输到数控机床中进行实物加工。

3CAXA 制造工程师的设计与数控铣床加工具体过程

3.1建模及仿真过程

以 CAXA 制造工程师 2016 大赛版软件为例,其建模过程如图 1 所示。首先,打开软件,单击左侧轨迹树中的零件特征,选 XY 平面,右键创建草图 0,再单击曲线命令中的直线,将立即菜单改为水平 / 铅垂线,选(0,0)为直线中点,然后单击曲线命令中的圆,将立即菜单改为圆心 - 半径,画出圆心为(0,0)、圆半径为 19.5 mm 的圆。其次,利用曲线剪切命令将刚画的圆剪切,使剩下的部分与开始画的直线形成一个全封闭曲线,然后退出草图编辑,单击直线命令,在 X 方向画一条正交直线,作为生成实体时的旋转轴,再单击旋转增料命令,拾取上一步画的草图和刚画的旋转轴,选择旋转 360°生成实体。再次,选择 YZ平面(或 XZ 平面),在 Z 轴正负两个方向画长度为 7.5mm 的两条直线,然后以画出的两条直线端点为中点,画平行于 Y 轴(或平行于 X 轴)且长度大于39 mm 的直线,再在 X 轴(或 Y 轴)画正交直线(画的直线长度应大于生成实体),并选择曲面 - 导动面 - 平行导动的方式生成平行于 XY 平面的两个面,然后选择曲面裁剪除料,除去多余实体,将上表面进行倒角处理,再单击曲线命令中的圆,将立即菜单改为圆心 - 半径,选坐标系中心为圆心,画半径为19.26mm 的圆。最后,选择常用命令中的平移,将距离设为 3 mm,在 Z 轴方向上下两个部位分别拷贝这个圆,选择曲面命令中的直纹面,将立即菜单改为曲线 + 曲线形成曲面,最终形成象棋模型。

3.2CAXA 制造工程师中国象棋仿真加工过程

先在以(0,0)为圆心在距离模型上表面 0.3 mm的位置画半径为 15 mm 的圆,然后选择曲线命令中的文字,在绘图区内选择一点作为文字的基准点,编辑所要加工的文字。编辑完成后,打开设置把字体改为楷书,并把字高改为27,然后点击确定。操作完成后,选择点坐标中的 XYZ 将字体移动至合适的位置,之后选择加工命令中的曲线式铣槽加工,在弹出的曲线式铣槽加工对话框中,将加工精度更改为 0.01,并把刀具参数中的刀具名改为 Sph ML_0,选择球头铣刀,刀具半径设置为 2 mm,然后打开几何选项选择所要加工零件的所有轨迹轮廓,待设置完相关加工参数后点击确定。加工前要设置合适的毛坯,然后右击刀具轨迹,选择实体仿真,到达仿真加工界面后开始仿真,直至加工成型,如图 2 所示。确认加工过程无误后,生成加工程序。具体生成过程为:右击刀具轨迹命令中的后置处理生成 G 代码,在出现的保存对话框中,选择数控系统,并选择要保存的地址,然后输入文件名称和扩展名等信息,点击确定,完成导出。最终生成的部分程序如下:%O2021;N10 G90 G54 G21 G17 G40;N12 M03 S1500;N14 G00 X15.0 Y0.0;N16 G00 Z100. M08;N18 Z17.2;……N1352 Z17.2;N1354 G00 Z100.;N1356 M09;N1358 M05;N1360 M30;%

4象棋的实际加工过程

4.1确定装夹方案和装夹工具

目前,象棋棋子的加工原料多采用木质或塑料材质,但为了满足车间现有材料的要求,本文使用铝棒加工棋子毛坯。由于市面上常见的象棋外形为椭圆形,用虎口钳装夹时受力面小,导致零件装夹不牢固,且会破坏外表面[5]。因此,本方案中把棋子外形设计为中间有一段水平面的形式,并选用自制的专用夹具装夹,同时用三爪卡盘固定,以保证加工精度[6]。

4.2实际加工象棋工艺流程

实际加工象棋的过程中,选择使用数控车加工象棋毛坯,并使用 CAXA 制造工程师软件生成象棋字的程序,利用 U 盘将程序数据传输到数控铣床,然后利用专用夹具将棋子毛坯安装在三爪卡盘上,并选用合适的球头铣刀进行实物加工,详细步骤如下。首先,用数控车加工象棋外形面,加工外形时选用 90°外圆车刀,切断时选用 3 mm 的切断刀。其次,棋子毛坯成形后,将棋子用已经做好的专用夹具装夹在数控铣床的三爪卡盘上,并进行对刀操作。再次,对刀操作结束后,将事先用 CAXA 制造工程师编好的加工字体程序通过 U 盘输入数控设备,至此前期准备工序全部就绪。最后,点击数控车床面板的程序启动按钮进行实物加工,得到象棋棋子实物如图 2 所示。对于整个加工工艺过程中的程序部分,因为毛坯的轮廓简单,容易编程,所以用数控车床进行象棋毛坯的加工时,可采用手工编写程序代码的方式。但是,在加工象棋字体时,字体笔画较复杂,手工编程比较麻烦,且容易出错,因此可采用 CAXA 制造工程师2016 大赛版建模并自动生成程序代码,最后加工出象棋棋子。这样既节约了时间,又提高了加工精度。

5结语

数控技术是先进制造业的基础,是现代机械制造装备的核心技术,是体现国家工业现代化的重要手段。应用 CAXA 制造工程师、CAD 和 CAM 等软件中的相关功能进行实体造型和建模仿真,并采用曲线式铣槽加工方式对象棋字体进行加工,不仅能够设计款式新颖的零件,满足现代机械加工和市场的多样化需求,还能够对零件进行模拟仿真加工,以防止零件加工中出现错误,体现了现代机械加工的优势。

作者:王晓波 单位:沈阳理工大学工程实践中心

CAXA制造工程师建模设计和数控加工

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