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CAXA公司 (编号 573)
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CAXA制造工程师软件在模具设计与制造中的应用
作者：张建勋
摘要：本文以一个典型锻模零件为例，论述了CAXA制造工程师软件在模具造型设计以及制造加工过程应用的特点和优势。
关键词： 造型；布尔运算；加工；高速铣；仿真
CAXA系列软件是一套具有我国自主知识产权的设计制造软件，在我国各大、中型企业尤其是制造业得到了广泛应用，获得了是广大用户的好评。其中 CAXA制造工程师这一软件，由于其集三维设计、虚拟仿真加工、自动生成G代码等功能于一体，大大缩短了生产企业厂品研发、制造的周期，为企业在市场竞争中赢得先机。尤其在模具制造方面，其独特的功能优势更加突出。下面以一个锻模的设计、加工过程为例，简述CAXA制造工程师软件在模具设计制造中应用的特点。
锻模是模具加工行业比较常见的，我们分析图1这个锻模，它的工作面都是型面，在造型过程中不能简单的用些特征造型完成，需要用到曲面造型的功能，中间的飞边槽直接造型的话也很难，我们可以用CAXA制造工程师提供的布尔运算来实现它，下面就具体分析一下。
图1 锻模二维图
1 造型思路
三维空间造型，目前大多数都是根据二维图纸来做的。所以如何很好的理解二维三视图是能否做出实体造型的第一步。俗话说“胸有成竹”，这和做绘画、雕塑等进行形象思维工作的特点是一样的。我们就是要根据二维图纸首先在脑子里建立起我们要做的造型的空间形状，然后根据脑中建立的模型、二维图纸提供的数据和CAXA制造工程师软件提供的造型功能，确定用什么样的造型方法来做造型，这是我们在做三维造型时的一般思维规律。如果在图纸都没有理解的情况下着急去做造型，只能收到事倍功半的效果。如果我们能够更进一步了解一下要做的零件的用途，功能等方面的情况，也会对正确理解图纸、做造型、避免错误的产生有很大的益处。
2 分析图纸
根据图1提供的5个视图我们要能想象出这个零件是一个什么样的空间的形状。它是一个中间凹，二边有台，而且是一个1度多的斜台，四周有一圈槽。根据图纸提供的零件名称“锻模”，我们可以分析出，这一圈槽是飞边（跑料）槽，真正的型腔是中间凹下去的部分，也是这个零件最核心的部分。图纸中确定零件形状的关键截面有四个：主视图的左端面、右端面和中间的B—B、A—A截面。图纸中提供的最关键的尺寸是B-B截面尺寸和2度尺寸，根据根据这些数据我们可以推算出其余三个截面。造型的主要工作就是根据这四个截面来造型。利用给定的截面来做造型，首选的功能就是放样增料、放样除料。中间Z-56最深处的形状是一个矩形，根据图纸给定的条件是可以做出的。零件的四周是四个三种不同角度的斜面。这三个面也是可以做出的。这一部分的形状我们可以考虑多曲面裁实体，也可以考虑根据四周斜面的斜度求出上端的矩形，利用上下二个矩形做拉伸除料。在这里我们采用第二种方案。这样我们这个造型的最主要部分都是用放样增料和放样除料来完成的。四周6mm深的槽在本例中可能是一个难点，只在本例这一个范围内想办法，怎么做都很麻烦，因为这个槽的底面座落在多个面上，而且还有一个 1.5mm的尺寸。这时我们千万不要忘了实体的布尔运算，它可以使我们化难为易。根据图纸给的条件我们直接做一个凹槽很麻烦，但我们如果按照图纸给的条件做一个跟凹槽形状一样的凸型却很容易。我们把凸型做出，存为X_T文件。然后再与已经做好的模型做一个布尔运算中差运算，问题就解决了。
3 锻模造型
确定了造型方案，具体造型过程如下:
3.1 做出四个截面
按照图纸尺寸做出空间的4个截面，四个截面Z-56的尺寸是一样的。夹角为120度的二条切线和R40圆弧是不一样的。它是根据2度这个条件在变化，相当于是以B-B截面为基准的横贯二端的一个锥面。B-B截面已经符合图纸的要求，其余三个截面还需要继续作。是否需要预备一个计算器，算一下这三个截面各应该等距多少呢？不用。我们只需要用一面，但角度不同，我们通过做个空间2度线，然后平移的方式做出，最后结果见图2。
图2 造型截面图
3.2 根据左右二端的截面线做拉伸增料，得到整个造型的主体
我们上面做的是空间曲线，要想通过放样增料来生成实体必须要把它变成草图，我们通过投影得到零件左右两端面的草图，最后通过放样增料得到零件主体，见图3。
图3 零件主体造型
3.3根据中间二个截面做拉伸除料，做出型腔中8.7mm部分。
图4 型腔造型
3.3.1 根据Z-56深处的长方形和四周的斜度求出延伸到上面的截面，做拉伸除料，得到Z-56 坑。图4
图4 拉伸除料
3.3.2 做出6mm深槽的凸形，与已经做好的模型做布尔运算。图5
图5 布尔运算
图6 实体倒角过程
到此为止,我们做造型的六项任务已经全部完成，最后的造型结果如图7所示
图7 实体造型结果
4 锻模的加工过程
加工前的准备: 分析零件,应该把底面做为加工基准,加工原点应该设在零件的尖点上,以方便零件的装夹找正, 锻模型腔底部尺寸为13mm,顶部为87mm,所以粗加工选用2把刀,一把是D20R1的刀,一把是D8R1的刀,精加工选用一把D10, 锻模型腔的底刃R有R4.3,R5,R6,我们不可能选用3把底刃不同的刀具来加工,可以用CAXA制造工程师提供的补加工的功能,最后用把底刃的刀补加工就可以了,这样大大优化了轨迹,提高了效率。
4.1 零件加工
好坐标系，定义好毛胚，设置好后置，选好刀具，下面开始编程加工零件。
4.4.1 零件粗加工
根据零件的形状，决定选用比较通用的加工策略等高线粗加工，因为CAXA制造工程师提供了高速铣的功能，在粗加工时候采用高速铣可以提高效率，减少变形。因为零件型腔下面较小为提高效率，在高度74-118用D20R1的刀， 54．5-74用D6R1的刀。
图8 零件粗加工
4.4.2 零件中加工
因为等高线粗加工后，型面上的残留余量比较大，并且很不均匀，如果直接精加工的话表面质量会受影响，而对锻模来讲，型面是它的工作面，表面质量的好坏直接影响到产品，所以安排一个中加工，让余量变均匀，这样精加工时候表面质量才会好，针对该零件选用的加工策略为扫描线精加工。虽然是行切，但不选用球刀，因为球刀和工件接触的是点，并且该点的转速是0，相单于是挤压出来的，不如端铣刀和工件接触的是线，所以选用D12R3的刀。
4.4.3 零件精加工
针对该零件选用的加工策略也为扫描线精加工，但为了避免中精加工刀路轨迹重合影响加工后的表面质量，故走刀方向选择45度，基于同样的原因，选用的的也是D12R3的刀。
4.4.4 零件补加工
等高线不加工针对的是比较陡峭的零件，笔式清根针对的是比较平缓的零件，而区域式补加工是综合了这两种，根据零件我们采用区域式补加工选用D6R3的球刀。
图9 零件补加工
4.4.5 零件仿真加工
零件程序全部编完，在出G代码前，利用CAXA制造工程师提供的仿真功能检查程序是否有干涉，是否有过切，是否有残余，表面质量是否达到要求。检查完毕，所有方面都没问题。
图10 零件仿真加工
4.4.6生成G代码
根据机床选择合适的后置，然后生成机床能识别的加工代码
4.4.7生成工艺清单
生成指导操作人员使用的工艺清单。
图11 工艺清单
通过如上步骤，整个锻模的造型和加工就完成了，造型中我们用到了放样增料和除料，以及布尔运算，布尔运算在造型中是经常要用到的一种造型思路，可以很方便的解决一些很复杂的模型。加工过程中我们把该零件分为粗，中，精加工及补加工，提高了效率，也使零件的表面质量达到了要求，CAXA制造工程师提供的整体加工功能非常适合模具的整体加工，大大减轻了编程的工作量，提高了编程效率，仿真功能让程序的出错率降到了最低，避免了废品，次品的产生，提高了机床的使用效率。
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