現(xiàn)代模具成形制造中，型面設(shè)計日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，制造精度要求日益提高，而交貨期不斷縮短，這就對模具加工提出了更高的要求。隨著數(shù)控機床、刀具系統(tǒng)及CAD／CAM軟件的不斷發(fā)展，高速切削加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用越來越廣泛。

　　《CAXA制造工程師》是北航海爾公司開發(fā)的機械設(shè)計及制造系列軟件中的一個組成部分．主要用途是為數(shù)控銑床及加工中心完成數(shù)控自動編程。蘭州交通大學(xué)鐵道技術(shù)學(xué)院在引入該軟件之后，通過在大河機床廠生產(chǎn)的DK45型數(shù)控銑床及V700型加工中心的使用中發(fā)現(xiàn)，該軟件在模具型腔的加工方面有比較好的效果。該軟件相對國外三維加工軟件而言，價格比較便宜，基本功能較為齊全，可滿足機械加工中常用二維及三維模具型腔的加工，具有比較好的應(yīng)用前景。

　　現(xiàn)有一典型模具型腔零件如圖l所示。其數(shù)控加工流程為：CAD模型設(shè)計，刀具軌跡生成，后置設(shè)置，生成G代碼，最后連接數(shù)控機床進行加工。

1 CAD造型設(shè)計

　　CAXA制造工程師軟件具有卓越的實體造型、模具設(shè)計功能，是在Windows環(huán)境下運行的CAD／CAM軟件。結(jié)合該模具型腔的結(jié)構(gòu)特征，首選功能是CAXA中的曲面實體混合造型。

圖1模具型腔零件圖

　　1.1 分析零件圖

　　(1)通過零件圖可以知道，該零件整體結(jié)構(gòu)是一個長方體。

　　(2)通過主、俯視圖可以看出長方體中間有一個型腔，由B—B、A—A剖視圖可知型腔底部為一曲面；從主視圖可以看出型腔內(nèi)部有高度不同的兩個凸臺，凸臺基本形狀可由俯視圖及主視圖看到。

　　(3)從俯視圖和B—B、A—A剖視圖可以看出，在長方體的長度方向上表面有一個曲面凹槽。

　　1.2 確定造型方法

　　(1)用拉伸增料方式構(gòu)造一長方體。

　　(2)由于凹缺部分的左、右兩截面形狀不同，故用放樣除料。

　　(3)型腔底部為一曲面，用掃描面先做出此曲面，再用拉伸除料到面方式做出型腔。

　　(4)從主視圖可知凸臺上、下表面位置，故下凸臺可從上表面用拉伸到曲面的增料方式完成造型，上凸臺由于上、下兩表面形狀不同，故用放樣增料方式完成造型。

　　(5)曲面凹槽：先用雙導(dǎo)動面做出曲面，再用曲面裁剪實體方式得到曲面凹槽。

　　1.3 建模注意事項

　　(1)軟件所繪制草圖必須是首尾相接無重疊的封閉輪廓，每個草圖繪制完成后都要進行草圖封閉性檢查。如果出現(xiàn)開口環(huán)問題，解決方法如下：①對出現(xiàn)開口環(huán)位置的兩個草圖元素進行尖角過渡，來解決草圖元素交叉或未接觸問題；②對出現(xiàn)開口環(huán)位置的兩個草圖元素分別進行刪除處理，以解決重疊線的問題。

　　(2)放樣除料時，要注意放樣的兩個草圖節(jié)點對應(yīng)問題。例如一個草圖有四個節(jié)點，而另一個草圖為六個節(jié)點，放樣處理時有可能出現(xiàn)實體模型扭曲的情況。

(3)用曲面裁剪實體的時候，要注意臨界性問題。所做曲面一定要比被裁減的實體略大，可以采用曲面延伸的辦法處理。

2 刀具軌跡生成

　　2.1 擬定工藝路線

　　高速加工的關(guān)鍵是要保證三點：①保持切削載荷的平穩(wěn)；②最小的進給率損失；③最大的程序處理速度。

　　基于以上三點的要求，加工時主要注意以下原則：

　　(1)加工方法的選定：以擺線加工、等高加工、掃描線加工、三維偏置加工為主。

　　(2)刀具路徑：擺線、掃描線可有效提高切削時載荷的平穩(wěn)性。

　　(3)下刀問題：要考慮被加工對象屬于封閉型腔、開放型腔、半封閉型腔三種類型的哪一種。封閉型腔要采用螺旋式下刀，特別注意下刀半徑的干涉問題；開放型腔和半封閉型腔可以采用模型外下刀，再切入工件。

　　(4)切入切出問題：保證切向切入，可采用“沿著形狀”的切入方式，可使刀具沿著零件形狀接近零件，既避免了加工干涉問題，又保證了刀具切入負荷最小。　　根據(jù)以上原則制定本零件加工工藝路線如表1所示。

　　2.2 生成刀具軌跡

　　(1)毛坯設(shè)定

　　CAXA制造工程師提供了兩點方式、三點方式和參照模型三種毛坯的設(shè)定方法，本文已經(jīng)完成了模具型腔的三維建模，所以采用參照模型方式來生成模型的包圍盒。

　　(2)粗加工采用擺線式粗加工

　　刀具擺動前進切削，在轉(zhuǎn)彎處增加了擺線接近和圓弧轉(zhuǎn)角，使得進刀更加平滑。直線切削時先切出一道通槽，然后再使用直線走刀進行切削，這樣有效避免了全刃徑的前進切削，使得整個曲面切槽加工的每刀切削負荷更加平均。參數(shù)設(shè)定為：切削圓弧半徑20mm，加工方向為X正方向，刀具采用15mm的平底立銑刀，以提高加工效率。

　　(3)限制線加工刀具軌跡

　　模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點，而刀具與工件的接觸點隨著加工表而的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。由于該模具型腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以應(yīng)將整個型腔進行分區(qū)，根據(jù)各部分曲面的特點采用不同的走刀策略，曲面凹槽應(yīng)采用限制線精加工控制其走刀方向。

　　(4)補加工刀具軌跡

　　此部分軌跡的目的主要是針對前面等高加工部分和造型相比還有剩余未加工的部分，所以選用的刀具直徑一定要比等高加工刀具直徑小，否則系統(tǒng)無法生成補加工軌跡，補加工選用直徑4 mm的球刀。

　　(5)筆式清根加工刀具軌跡

　　最后做清根加工，消除由于使用球頭刀而在角落部分所殘余的材料。清根加工采用外形銑削的方法，用直徑4 mm的平底刀進行。

3 后置設(shè)置

　　CAXA制造工程師的后置設(shè)置主要是就不同的數(shù)控系統(tǒng)來設(shè)置參數(shù)，以便將前面生成的刀具軌跡轉(zhuǎn)化成數(shù)控機床可以識別的G代碼。這里主要以目前國內(nèi)應(yīng)用最多的FANUC系統(tǒng)為例，簡單設(shè)置參數(shù)如下：

　　程序說明：　　(SPOST—NAME，SPOST—DATE，SPOST—TIME)　　程序頭：　　SG9 S0WCOORD SG0 SCOORD_Z@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN_CWSCOOL_ON(加入冷卻液打開宏指令)

　　換刀：　　SCOOL—OFFSSPN—OFF@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN—CWSCOOL—ON(加入冷卻液關(guān)閉后再打開宏指令)

　　程序尾：

　　SCOOL—OFFSSPN OFF@SPRO—STOP(加入冷卻液關(guān)閉宏指令)

4 生成G代碼

　　用生成G代碼功能將刀具軌跡分別生成各自的數(shù)控加工程序。當多個加工軌跡所用的刀具相同時，可將這些軌跡生成一個數(shù)控加工程序。注意應(yīng)按實際加工的先后順序拾取軌跡。

5 數(shù)控機床加工

　　由于本零件形狀復(fù)雜，加工代碼量大，所以使用數(shù)據(jù)存儲設(shè)備CF卡作為存儲介質(zhì)，CF卡盡量選用低速低容量卡，以保證其兼容性。將計算機保存的程序轉(zhuǎn)存為NC文件，將CF卡插在其讀卡器上，作為u盤插入計算機，并將NC文件存在CF卡上。加工時把CF卡取下再插入適配器，將其插入數(shù)控機床的PCMCIA卡插槽，應(yīng)用DNC功能在線加工。

6 結(jié)語

　　通過對模具型腔零件圖的分析，采用了曲面實體混合造型生成了零件的三維模型，之后經(jīng)過擺線粗加工、等高線半精加工、等高線精加工、限制線精加工、區(qū)域式補加工、等高線補加工、筆式清根加工等加工方法生成了加工軌跡，在軌跡仿真界面通過了加工仿真，再經(jīng)過軟件后置處理生成了G代碼，最終在V700加工中心上完成了該模具型腔的數(shù)控加工，取得了較好加工質(zhì)量。

　　經(jīng)過驗證，《CAXA制造工程師》作為國產(chǎn)數(shù)控加工軟件，具備了銑削加工的各種功能，能夠勝任復(fù)雜零件的自動編程工作。