CAXA制造工程师建模设计和数控加工范文

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