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CAXA制造工程师在数控机床中的应用 作者： 日期：目录目录2 摘要4 关键词4前言5一、CAXA制造工程师简介 6（一）什么是CAXA制造工程师 6（二）基本功能8（三）卓越的工艺性与“知识加工” 10（四）Windows 界面操作 10（五）丰富流行的数据接口 11 （六）全面开放的 2D3D 平台 11 （七）品质一流的刀具加工轨迹与加工质量 11二、CAXA 制造工程师在数控机床上进行工艺分析及加工的过程12（一）准备工作 12 （二）工件模型造型设计 12 （三）加工方案设计 13（四）生成加工轨迹 13（五）生成G代码 18（六）G 代码传输和机床加工 19（七）其余部位的加工 20三、 CAXA 制造工程师与数控加工 20（一）数控加工的基本概念 22（二）数控机床的特点 22（三）数控铣床的加工特点 23（四）机床的具体加工 23（五）G 代码的生成与校核 24（六）机床本身技术参数 25（七） 数控编程26四、设计总结 26五、致谢 27参考文献 28CAXA制造工程师在数控加工中的应用 于晓昂【摘要】在CAM自动编程软件出现以前，许多工厂常用二维设计软件进行基于2D的平面图零件设计，然后由工艺人员/程序员按3D概念，直接以G代码或APT语言进行NC编程。这种方法适用于一般简单零件的平面加工、直线加工、回转体加工及点位加工。其编程速度较快，代码简洁。对于几何形状复杂、夹具装配复杂，特别是对非圆曲面的加工，上述编程方法就十分困难了。因为对空间几何图形和轨迹进行数学处理的计算量大、过程复杂，不易掌握，而且编程过程中，不能对加工环境构成要素的几何体之间的空间关系进行检查。将刀位坐标转为加工对象的几何图形再进行检查，精度低，不直观，因此需上机调试程序，占用数控机床工时，技术准备周期较长。近几年来，CAM技术发展迅速，图形处理功能有了很大增强，硬件平台价格大幅下降，同时，CAD/CAM软件技术也日益成熟。这使得直接将零件的几何体信息转变为数控加工程序的国产CAD/CAM软件CAXA制造工程师得以推广和应用，本文论述了CAXA制造工程师在数控加工中的应用。 【关键词】：CAXA制造工程师；数控加工；编程前言CAXA制造工程师是一款优秀的国产数控加工软件，随着软件知名度的提高，在国内的用户群与日俱增。当代机械加工行业的发展大大推进了对加工方式的改革，尤其是数控设备的出现更是对加工方式提出了更高的要求，以往的手工编程已不能满足人们对于更快更精确更复杂加工方式的需求，而借助于计算机编程的加工方式越来越广泛的应用于机械加工行业，以及所有适用于数控设备行业，CAXA制造工程师则是计算机编程加工一个很具代表性的软件，对于本文，采用的方法则是请教老师，上网，查阅图书等有关CAXA制造工程师的资料，然后通过CAXA制造工程师造型，生成G代码，导入数控机床自动加工，这样可以更好的论述CAXA在数控加工中的应用，同时也可以加深对CAXA制造工程师的理解。到 21 世纪的今天，CAD/CAM 技术的应用已进入近百个工业领域。CAXA制造工程师技术应用意义主要体现在如下四个方面： （1） 提高产品设计质量 由于计算精度高和便于优化设计，利用三维建模手段，设计人员在具备专业知识的基础上，可以完成更高质量的设计。 （2）缩短产品开发周期 由于计算机运算速度及数据查询速度极快，计算机根据人的意图做出反应，能将计算结果显示出来，设计者根据显示结果能做出快速反应等，极大地提高了设计效率。 （3）降低生产成本 由于 CAXA制造工程师设计系统能够缩短设计、加工和装配的时间，降低废品率，减少库存，所以 将大大降低企业的生产成本。 （4）提高管理水平 CAXA制造工程师设计系统所生成的设计结果主要是计算机数据，保存和检索都比较容易。在已经建立企业内部网的前提下，采用计算机辅助生产管理技术和产品数据管理技术易于实现全局性的管理，提高企业的管理水平。但由于自己水平有限，其中出现的问题还恳请老师指正，您的教诲会是我终生莫大的财富！一、CAXA制造工程师简介。（一）、什么是CAXA制造工程师CAXA制造工程师是北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件。CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互方式，全中文界面，便于轻松学习和操作，并且价格较低。CAXA制造工程师可以生成35轴的加工代码，可用于加工具有复杂三维曲面的零件。CAXA 制造工程师经过长期的发展和不断的调整，慢慢形成了现在的“ 符合中国 人的习惯，并且兼容 AutoCAD”，CAXA 秉承 Windous 风格、图标式操作、全中文界 面。CAXA 软件包括四大功能模块：制图、打印、图纸管理和数据转换接口。CAXA 设置了一系列的快捷键， 在制图的过程中更加的方便快捷。 使用帮助、 F1 F2 切换显示当前坐标/相对移动距离、F3 显示全部、F4 指定参考点、F5 切换坐标系、 F6 动态导航、F7 三视图导航、F8 开关闭鹰眼、F9 全屏显示。 2.1.2 绘图风格设定 在绘制图纸之前，使用者还可以根据自己的习惯、标注风系统配置、制定界面、 快捷键格等等模板文件，以实现绘图的标准化还可以提高绘图效率。在绘制图纸之前，使用者还可以根据自己的习惯、标注风系统配置、制定界面、 快捷键格等等模板文件，以实现绘图的标准化还可以提高绘图效率。具体如下： （1）、新旧面孔切换。 CAXA 制造工程师提供新、旧两种面孔，以贴近不同用户的使用习惯。点击“工具”、“界面操作”中的“恢复老面孔（显示新面孔）”实现两种面孔的切换。 （2）、定制常用工具条。点击“工具”、“自定义操作”，选择“工具栏”，点击 “新建”，在“工具条名称”中输入“标准工具条”，“确定”；在“命令”栏选择合适的命令图标拖到“标准工具条”中，定制自己的常用工具条。 （3） 、界面配置。在“自定义”工具条中的“工具栏”里调出常用的工具条，移动到合适的位置；在“工具”、“界面操作”中选择“保存界面配置”，定制企业标准 界面文件。 （4） 、系统配置。点击“工具”、“选项”，弹出“系统配置”对话框，可实现“存盘间隔”、“行文件路径”、“文字设置”等的基本配置。 （5） 、快捷键定制。点击“工具”、“自定义操作”，切换选择“键盘命令”；选择“绘图”、“直线”，“输入新的键盘命令为 11，完成自定义快捷键；此时输入键盘命令 11，按鼠标右键（或者回车） ，即可执行绘制直线命令。 （6） 、绘图模板定制。 点击“格式”，依次选择“层控制”、“线型”、“颜色”、 “文字参数”、“标注参数”、“剖面图案” 、“点样式”，在弹出的对话框中选 定合适的参数，设定企业标准的绘图风格；选择“文件”、“另存文件”，选择保存 类型为“模板文件”，选择路径为软件安装目录下的 support 文件夹下面，输入模板 名字得到企业标准绘图模板。 （二）、基本功能1.实体曲面完美结合方便的特征实体造型采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简便而准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、圆锥体、球体和管子等，CAXA制造工程师可以方便地建立和管理这些特征信息。实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸、旋转、导动、放样或加厚曲面来实现，也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现，还可以用等半径过渡、变半径过渡、倒角、打孔、增加拔模斜度和抽壳等高级特征功能来实现。 2.强大的NURBS自由曲面造型 CAXA制造工程师从线框到曲面，提供了丰富的建模手段。可通过列表数据、数学模型、字体文件及各种测量数据生成样条曲线，通过扫描、放样、拉伸、导动、等距、边界网格等多种形式生成复杂曲面，并可对曲面进行任意裁剪、过渡、拉伸、缝合、拼接、相交和变形等，建立任意复杂的零件模型。通过曲面模型生成的真实感图，可直观显示设计结果。 3.灵活的曲面实体复合造型 基于实体的“精确特征造型”技术，使曲面融合进实体中，形成统一的曲面实体复合造型模式。利用这一模式，可实现曲面裁剪实体、曲面生成实体、曲面约束实体等混合操作，是用户设计产品和模具的有力工具。 优质高效的数控加工CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。支持轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。 4.两轴到三轴的数控加工功能 支持45轴加工两轴到两轴半加工方式：可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令，而无需建立其三维模型；提供轮廓加工和区域加工功能，加工区域内允许有任意形状和数量的岛。可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度，自动进行分层加工。三轴加工方式：多样化的加工方式可以安排从粗加工、半精加工到精加工的加工工艺路线。45轴加工模块提供曲线加工、平切面加工、参数线加工、侧刃铣削加工等多种45轴加工功能。标准模块提供23轴铣削加工。45轴加工为选配模块。 5.支持高速加工 本系统支持高速切削工艺，以提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。可设定斜向切入和螺旋切人等接近和切入方式，拐角处可设定圆角过渡，轮廓与轮廓之间可通过圆弧或S字型方式来过渡形成光滑连接，从而生成光滑刀具轨迹，有效地满足了高速加工对刀具路径形式的要求。 6.参数化轨迹编辑和轨迹批处理 CAXA制造工程师的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。用户只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。CAXA制造工程师可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义而在某一集中时间批量生成。这样，合理地优化了工作时间。 7.独具特色的加工仿真与代码验证 可直观、精确地对加工过程进行模拟仿真、对代码进行反读校验。仿真过程中可以随意放大、缩小、旋转，便于观察细节，可以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果。仿真过程中可以检查刀柄干涉、快速移动过程(G00)中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况，可以将切削残余量用不同颜色区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较等。 8.加工工艺控制 CAXA制造工程师提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验得到充分的体现。 9.通用后置处理 全面支持SIEMENS、FANUC等多种主流机床控制系统。CAXA制造工程师提供的后置处理器，无需生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。系统不仅可以提供常见的数控系统的后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。可生成详细的加工工艺清单，方便G代码文件的应用和管理。（三）、卓越的工艺性与“知识加工”可将某类零件的加工步骤、使用刀具、工艺参数等加工条件保存为规范化的模板，形成企业的标准工艺知识库，类似零件的加工即可通过调用“知识加工”模板来进行。这样就保证了同类零件加工的一致性和规范化。同时，初学者更可以借助师傅积累的知识加工模板，实现快速入门和提高。（四）、 Windows界面操作CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互，全中文界面，让您一见如故，轻松流畅地学习和操作。全面支持英文、简体和繁体中文Windows环境。（五）、丰富流行的数据接口CAXA制造工程师是一个开放的设计加工工具。它提供了丰富的数据接口，包括：直接读取市场上流行的三维CAD软件，如CATIA，ProENGINEER的数据接口；基于曲面的DXF和IGES标准图形接口，基于实体的STEP标准数据接口；Parasolid几何核心的xT、xB格式文件；ACIS几何核心的SAT格式文伟面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML等接13。这些接口保证了于世界流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域地与合作伙伴实现虚拟产品开发和生产。（六）、全面开放的2D3D开发平台CAXA制造工程师充分考虑用户的个性化需求，提供了专业而易于使用的2D和3D开发平台，以实现产品的个性化和专业化。用户可以随心所欲地扩展制造工程师的功能，甚至可以开发出全新的CADCAM产品。 （七）、品质一流的刀具加工轨迹与加工质量加工路径的优化处理使刀具轨迹更加光滑、流畅、均匀、合理，大大提高了加工走刀的流畅性，保证了工件表面的加工质量。二、CAXA制造工程师在数控机床上进行工艺分析及加工的过程 CAXA制造工程师软件具有卓越的实体造型、模具设计功能，是在Windows环境下运行的CAD/CAM软件。软件提供了强大的线框造型、表面造型、实体造型等造型功能。软件提供的基于实体精确造型的技术，包括拉伸增料、导动增料等五种增加材料的方法，旋转除料、放样除料、曲面裁剪等六种减少材料的方法，过渡、抽壳、拔模等特征编辑功能以及缩放、型腔、分模等模具相关的功能。由于采用了精确的造型技术，使曲面融合进实体中，形成统一的曲面实体复合造型技术。利用这一模式，可实现曲面裁剪实体、曲面生成实体、曲面约束实体等混合操作。 基于CAXA制造工程师的技术支持，在数控机床上进行零件加工工艺分析及加工的过程，可分为下面的几个阶段： （一）、准备工作 在这个阶段里，主要完成加工环境设计工作，即在完成工艺方案设计的前提下，在计算机上完成数控机床参数设置，刀具元件建库、刀具组装，通用夹具元件建库、专用夹具元件建模、夹具组装等，目的是建立一个三维工件的加工环境。并且要进行图纸分析，通过对图纸的分析，在CAXA制造工程师造型。 （二）、工件模型造型设计 利用CAXA提供的直线、圆弧以及样条线等平面绘图功能和拉伸、除料、放样等实体造型功能，可以将设计元素加工混合，进行三维加工数据的建模，用曲线、曲面和实体表达工件。在对零件造型过程中，可以直接使用软件提供的三维设计功能，也可以将二维制图中参数线等元素，引入到CAXA建模中，实现CAD数据的准确交换，生成满足数控加工的三维数据模型，实现复杂零件的三维实体造型设计。 （三）、加工方案设计 对以上零件的三维建模进行分析，按工艺方案的要求，根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具特征和参数，筛选最适合的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析，根据加工性质修改增补造型，根据加工特点以及加工能力，确定需要加工的三维实体面，再分析实体的组成情况，拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径，找到刀具在运动中可能发生干涉的部位，并及时地进行加工环境调整。 （四）、生成加工轨迹 根据需加工零件的形状特点及工艺要求，选择加工方法，利用CAXA制造工程师中提供的曲面、导动、参数线、投影、等高等加工方法，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，可快速显示图形、生成刀具轨迹和刀具切削路径。CAXA制造工程师有多种加工方法，其分类有：1. 平面区域粗加工：不必有三维模型，只要给出零件外轮廓和岛屿，就可以生成加工轨迹。主要应用于铣平面和铣槽。可进行斜度的设定，自动标记钻孔点。 2.区域粗加工：不必有三位模型，只要给出零件的外轮廓和岛屿，就可以生成加工轨迹。并且可以在轨迹尖角处自动增加圆弧，保证轨迹光滑，以符合高速加工的要求。主要用于铣平面和铣槽。可选择多轮廓、多岛屿进行加工。 3.等高线粗加工：较普通的粗加工方式，适合范围广。可进行稀疏化加工、指定加工区域，优化空切轨迹。轨迹拐角可以设定圆弧或S形过渡，生成光滑轨迹，支持高速加工设备。 4.等高线粗加工2：适合高速加工，生成轨迹时可以参考上道工序生成的轨迹留下的残留毛坯，支持二次开粗。支持抬刀自动优化。XY向切入 最小间距：不能大于刀具半径 最大间距：不能大于2倍 5.扫描线粗加工：用于平行层切的方法进行粗加工。保证在未切削区域不向下走刀。适合使用端刀进行对成凸模粗加工。 6.摆线式粗加工：使刀具在负荷一定情况下，进行区域加工的加工方式。可提高模具型腔部粗加工效率和延长刀具使用寿命。适合高速加工。 7.插铣式粗加工：适合于大中型模具的深腔加工。采用端铣刀的直捣式加工，可生成高效的粗加工路径。适合于深腔模具加工。 8.导动线粗加工：不需要三位造型，只要二维轮廓线和导动线就可以加工做出三维的加工轨迹。注意：单个拾取导动线不用做三维造型，可做出三维造型。而且比加工三维造型的加工时间要短，精度更高。提高效率。 9.平面轮廓精加工：适合2/2.5轴精加工不必有三维模型，只要给出零件的外轮廓和岛屿，就可以生成加工轨迹。支持具有一定拔模斜度的轮廓轨迹生成，可以为每次的轨迹定义不同的雨量。生成轨迹速度较快。 10.参数线精加工：主要针对面（曲面、实体面）的一种加工方式，可以设定限制面，进行干涉检查等，也可以实现径向走刀方式。 11.等高线精加工：可以用加工范围和高度限定进行局部等高加工；可以自动在轨迹尖角拐角处增加圆弧过渡，保证轨迹的光滑，使生成的加工轨迹轨迹适合于高速加工；可以通过输入角度控制对平坦区域的识别，并可以控制平坦区域的加工先后次序。 12.等高线精加工2：可以对层高进行调整，保证在加工小坡度的面时，层高、精度与竖直面一致。支持高速加工，支持抬刀自动优化。 13.扫描线精加工：增加了自动识别竖直面并惊醒补加工的功能，提高了加工效果和效率。同时可以在轨迹尖角处增加圆弧过渡，保证生成的轨迹光滑，使用于高速加工机床。 14.曲面区域精加工：主要用于曲面的局部加工。大大提高了曲面局部加工精度。也可以用于曲面上的铣槽、文字等。 15.浅平面精加工：能自动识别零件模型中平坦的区域，针对这些区域生成精加工刀具的轨迹。大大提高了零件平坦部分的精加工精度和效率。 16.限制线精加工：可以通过设定两根限制线来控制零件加工的区域（仅加工限制线限定的区域）或提高一根限制线控制刀具走刀轨迹，以提高零件局部加工精度和符合工艺要求。 17.轮廓线精加工：主要用于加工内、外轮廓或加工槽类。不需要三维模型，只要根据给出的二维轮廓线即可对单个或多个轮廓进行加工；可进行轨迹偏移，进、退刀方式设定（圆弧、直线等）；自定进行半径补偿和生成补偿代码；等。 18.导动线精加工：同样是不用三维造型，通过二维的导动线和截面线就能做出三维加工轨迹。 19.轮廓导动精加工：利用二维轮廓线和截面即可生成轨迹，生成轨迹方式简单快捷，加工代码较短，加工时间短、精度高，支持残留高度模式。 可用于加工规则的圆弧、倒角或凹球类零件，生成速度快，代码短，加工时间短，精度较高。 20.三维偏置精加工：能够由里向外或由外向里生成三维等间距加工轨迹。可以保证加工效果有相同的残留高度，提高加工质量和效果。同时也使刀具在切削过程中保持符合恒定，特别适用于高速机床加工。 21.深腔侧壁精加工：不需要三维模型，只要给出二维轮廓线即可加工。可灵活设定加工深度。主要用于深腔模型侧壁的精加工。 CAXA制造工程师加工命令汇总：命令功能图例使用注意事项平面轮廓加工 生成沿轮廓线切削的平面刀具轨迹。轮廓线1.两轴半加工方式。2.平面轮廓线可以是封闭的，也可以不封闭。3.主要用于加工外形。平面区域加工 生成具有多个岛的平面区域的刀具轨迹平面区域1.两轴半加工方式。2.主要用于加工型腔。参数线加工 生成沿参数线方向的三轴刀具轨迹1.指定加工方式和退刀方式时要保证刀具不会机床.夹具。2.在切削加工表面时，对可能干涉的表面要做干涉检查。3.对不该切削的表面，要设置限制面，否则会产生过切。曲面轮廓加工生成沿轮廓线加工曲面的刀具轨迹曲面轮廓1.生成的刀具轨迹与刀次和行距都关联，要加工轮廓内的全部曲面时，可以把刀次数给大一点。2.轮廓线可以是封闭的，也可以不封闭，也可以是空间的。曲面区域加工生成待加工封闭曲面的刀具轨迹曲面区域曲面轮廓线必须封闭。限制线加工生成多个曲面的三轴刀具轨迹1.指定加工方式和退刀方式时要保证刀具不会机床.夹具。2.进刀点必须是限制线的端点。投影加工将已有的刀具轨迹投影到待加工曲面，生成曲面加工的刀具轨迹投影曲面原有的轨迹1.投影加工前必须已有加工轨迹。2.待加工曲面可以拾取多个。3.投影加工的加工参数可以与原有刀具轨迹的参数不同。曲线加工导动线截面线生成三维曲线刀具轨迹空间曲线用于空间沟槽的加工。导动加工生成轮廓线沿导动线运动的刀具轨迹。1.轮廓线可以封闭，也可以不封闭；导动线必须开放。2.导动线必须在轮廓线的法平面。等高线粗加工生成按等高距离下降，大量去除毛坯材料的刀具轨迹。顶层高度是等高线刀具轨迹的最上层的高度值。等高线精加工生成等高线粗加工未加工区域的刀具轨迹。用于陡面的精加工。自动区域加工自动生成曲面区域的刀具轨迹实质是曲面区域加工。知识加工针对三维造型自动生成一系列的刀具轨迹1.为用户提供整体加工思路，快速完成加工过程。2.使用前一般先要针对已有机床进行知识加工库参数设置。钻孔生成钻孔的刀具轨迹1.钻孔方式的实现与机床有关。2.系统中钻孔指令的格式只要针对FANUC系统。在CAXA制造工程师里的参数设置如图所示： 设置完成后，生成刀具轨迹如图所示。（五）、生成G代码 数控编程的核心工作就是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。当加工轨迹生成后，按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的刀具轨迹自动转化成合适的数控系统加工G代码，即CNC数控加工程序。但不同的机床其数控系统是不尽相同的，不同的数控系统其G代码功能不同，加工程序的格式也有所区别，所以要对G代码进行后置处理，以对应于相应的机床。利用软件的加工工艺参数后置处理功能，可以通过对“后置处理设置”进行修改，使其适用于机床数控系统的要求，或按机床规定的格式进行定制。定制后，可以保存设置，用于今后与此类机床匹配需要。G代码生成后，可根据需要，自动生成加工工序单，程序会根据加工轨迹编制中的各项参数自动计算各项加工工步的加工时间，这非常便于生产管理识别和加工工时的计算。我们还可通过直观的加工仿真和代码反读来检验加工工艺和代码的质量。（六）、G代码传输和机床加工 生成的G代码要传输给机床，如果程序量少而机床内存容量允许的话，可以一次性地将G代码程序传输给机床。如果程序量巨大，就需要进行DNC在线传输，将G代码通过计算机标准接口直接与机床连通，在不占用机床系统内存的基础上，实现计算机直接控制机床的加工过程。机床根据接收到的G代码加工程序，就可进行在线DNC加工或单独加工了。为确保生成的刀具轨迹正确无误，可以选择实体仿真一下，待刀具轨迹正确无误后生成G代码如图所示。（七）、其余部位的加工加工完扇形凹槽后，根据图纸要求在加工侧面的直纹面和扇形凹槽里面凹槽的，扇形里面的凹槽加工需要注意的是，由于深度过大，在生成程序之前最好先用直径大点的刀开出，然后在精加工，加工方法先用等高线粗加工，然后在精加工。直纹面的加工方法，由于直纹面是在零件的侧面，要考虑零件的装夹问题，防止刀具铣到平口钳，用的加工方法则是参数线精加工，刀路轨迹如图所示。和加工前面两个部位一样，确保刀路正确无误后生成G代码，然后输入机床自动加工。这样此零件的曲面部位全部通过CAXA制造工程师造型、自动生成G代码程序加工完成。 三、CAXA制造工程师与数控加工 数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。 随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。 数控加工其实就是将加工数据和一些工艺参数通过传输系统输入到机床，机床的 控制系统会对输入到里面的信息进行控制与运算，并且不间断地向直接指挥机床运动 的机电功能不断的转换部件，机床伺服系统会对脉冲信号进行转换与放大处理，接着由传动机构驱动机床，从而所需的加工零件。所以，数控加工的主要就是是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：1.利用图形软件对需要数控加工的部分造型。 2. 对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分。 3.根据零件和机床的一些情况，选择合适的加工参数，生成所需的加工轨迹。 4.轨迹的仿真检验。 5.生成 G 代码。 6.传给机床加工. 数控加工有以下主要优点： 1.质量稳定， 零件一致性好。 那是因为数控机床的重复定位精度都很高和定位精度， 很容易保证零件尺寸的一致性，因此可以很好的减少一些人为因素，影响加工的精度。 2.可以很好的减少工人的的劳动强度，不需熟练地机床操作人员，并且减少劳动时间，提高生产效率，从事创造性的的工作。3.可以加工任何复杂的产品，精度不受复杂程度的影响，提高加工精度并且保持加工质量。操作容易，极大减轻体力劳动强度。4.可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；可以减少工装卡具，容易进行加工过程管理，可以减少检查工作量。5.容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；操作容易，极大减轻体力劳动强度。可以降低废、次品率。(一)、数控加工的基本概念用 CAXA 制造工程师实现零件加工的过程： 首先，在设置里面须配置好机床，正确输出代码是很关键的； 其次，仔细看图纸，用曲线，曲面和实体等一系列工具表达工件； 然后，根据所工件加工零件形状，选择合适的加工方式，然后生成刀位轨迹； 最后，生成 G 代码，传输给机床。 （二）、数控机床的特点1.具有高度柔性在保证工件表面精度，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多 工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。 2 加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到0.0050.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为 0.001mm） ，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定 位精度比较高。 3 加工质量稳定、可靠 加工质量稳定、加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。 4. 生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。 5. 改善劳动条件数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。 6. 利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。 （三）、数控铣床及数控铣床的加工优点 数控铣床的加工通常具有以下的优点： 1.加工灵活、通用性强 数控铁床的最大特点是高柔性，即灵活、通用、万能，可以加工不同形状的工件。在数控铣床上能完成钻孔、镗孔、校孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面(凸轮)、攻螺纹等加工。在一般情况下，可以一次装夹就完成所需要的加工工序。 2.加工精度离 现在，数控装置的脉冲当量通常是0.001 mm，高精度的数控系统能达到0.1m，通常情况下都能保证工件精度。另外，数控加工还避免了操作人员的操作失误，同一批加工零件的尺寸同一性好，很大程度上提高了产品质量。因为数控铣床具有较高的加工精度，能加工很多普通机床难以加工或很本不能加工的复杂型面，所以在加工各种复杂模具时更显出其优越性。 3.生产效率高 数控铣床上通常是不使用专用夹具等专用工艺软备。在更换工件时，只需调用储存于数控装置中的加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。其次，数控铣床具有铣床、铣床和铣床的功能，使工序高度集中.大大提高了生产效率并减少了工件装夹误差。另外，数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量。数控铣床具有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。据统计，数控铣床加工比普通铣床加工生产效率可提高35倍，对于复杂的成形面加工，生产效率可提高十几倍，甚至几十倍。此外，采用数控铣床还能改善工人的劳动条件，大大减轻劳动强度。 （四）、刀具的选择 加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的80%90%。 在数控铣床的加工中，刀具的选择直接影响着零件的加工质量、加工效率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义。 刀具的选择应遵循以下原则： 1、根据被加工型面形状选择刀具类型 平面轮廓加工一般选用平底立铣刀或圆角立铣刀，曲面交给你一般选用球头刀。 2、根据工件材料及加工要求选择刀具材料及尺寸 （1）选择刀具材料 正确选择刀具材料，需要全面掌握金属切削的基本知识和规律，其中最主要的是了解刀具材料的切削性能和工件材料的切削加工性能与加工条件，紧紧抓住切削中的主要矛盾，同时兼顾经济性来决定取舍，一般遵循以下原则： 1）加工普通材料工件时，一般选用普通高速钢和硬质合金刀具；加工难加工材料时，可选用高性能和新型刀具材料。只有在加工高硬质材料或精密加工中，常规刀具材料不能满足加工精度要求时，才考虑用立方氮化硼（简称CBN）刀片和聚晶人造金刚石（简称PCD）刀片。PCD的硬度可达600010000HV，CBN是硬度仅次于金刚石的一种人工合成无机晶体材料。 2）任何刀具材料的强度、韧性和硬度、耐磨性等方面总是难以完全兼顾的，在选择刀具时，可根据工件材料切削加工性何加工条件，通常先考虑耐磨性，崩刃问题尽可能用刀具合理参数解决。如果因刀具材料太大造成崩刃，才考虑耐磨性要求，选用强度和韧性较好的刀具。一般情况下，低速切削时，切削过程不稳定，容易产生崩刃现象，宜选用强度韧性好的刀具材料；高速切削时，切削温度对刀具材料的磨损影响最大，应选择耐磨性好的刀具材料。 （2）选择刀具尺寸 使用环形铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次进给路线需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=0.95（R-r），式中的因数0.95是为了保证刀具微小磨损时仍能搭接而设置的保险因数。 立铣刀的尺寸参数，推荐按下述经验数据选取： 1）刀具半径应小于或等于被加工零件内轮廓面得最小曲率半径min，一般取R=（0.80.9）min。 2）铣刀的每刀加工深度（即零件的加工高度）H（1/41/6）R，以保证刀具有足够的刚度。 3）加工不通孔（深槽）时，选取刀具切削部分的长度为L=H+（510）mm。 4）加工外型及通槽时，选取L=H+r+（510）mm（r为端刃圆角半径）。 5）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D可按下式计算： D=2（sin0.5-1）/（1-sin0.5）D1 式中D1轮廓的最小凹圆角直径（mm）； 圆角邻边夹称等分线上的精加工余量（mm）； 1精加工余量（mm）； 圆角两邻边的最小夹角（）。 3、根据从大到小的原则选取刀具尺寸 如果被加工零件上的内轮廓角半径min过小，为提高加工效率，可先采用大直径的刀具进行粗加工，再按上述要求选择较小的刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域进行处理，然后再对整个轮廓进行精加工。 （五）、机床的具体加工1.机床的两轴加工 机床坐标系中的 X 和 Y 轴是属于两轴联动，而 Z 轴固定不变的，即机床在同一高度下对工件进行切削，两轴加工适合于铣削平面图形。在 CAXA 制造工程师中，机床中的坐标系 Z 轴是绝对坐标系的 Z 轴，平面图形均投影到绝对坐标系的 XOY 面的图形。 2. 机床的两轴半加工 两轴半加工在二轴的基础上增加了 Z 轴的移动，即当机床中的坐标系的 X 和 Y 轴固定时，Z 轴可以有也只是有上下的移动。利用两轴半加工可以实现零件的分层加工，既是每层在同一高度上进行两轴加工，层向有 Z 向的转动。 3. 机床的三轴加工 机床坐标系的 X，Y 和 Z 轴三轴联动。三轴加工适合于进行一般的曲面加工。4. 机床的机床参数机床的机床参数机床的速度参数的给定一般情况下都依赖于机床的本身的特点和用户的一些经验，但是在原则上讲，它们与工件的材料，机床本身，工件的加工精度，刀具的材料和表面光洁度要求等相关。速度的参数与加工的效率是息息相关的。5. 加工轮廓轮廓是首尾相接曲线的集合。 在进行数控编程，交互指定待加工图形时，常常需要用户指定图形的轮廓，用来 界定被加工的区域或被加工的图形本身如果轮廓是用来界定被加工区域的，则要求 指定的轮廓是闭合的；如果加工的是轮廓本身，则轮廓也可以不闭合。 由于 CAXAME 对轮廓作到当前坐标系的当前平面投影，所以组成轮廓的曲线可 以是空间曲线，但要求指定的轮廓不应有自交点。（六）、 合理选择切削用量、切削液、切削方法。随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 1、切削用量包括主轴转速n、切削深度t或宽度B、进给速度vf和背吃刀量ap等。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。以下是编程时几种切削用量参数的设定参考（1）切削深度t。 在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 （2）切削宽度B。 铣削宽度B，又称步距，是指铣刀在一次进给中切掉工件表层的宽度。一般铣削宽度B与刀具直径d成正比，与背吃刀量成反比。在粗加工中，步距取大些有利于提高加工效率。经济型数控加工中，使用平底刀时一般的取值范围为：B=（0.60.9）d；使用圆鼻刀进行加工时，刀具直径应扣除刀尖的圆角部分，即d=D-2r（D为刀具直径，r为刀尖圆角半径），故B的取值范围为：B=（0.80.9）d；使用球头刀进行精加工时，步距的确定应首先考虑所能达到的精度和表面粗糙度。（3）进给速度vf。铣削时的进给量有三种表示方法：每齿进给量fz、每转进给量f和进给速度vf。粗铣时影响 进给量选择的主要因素是工艺系统刚性、高生产率的要求，故应按每齿进给量进行选择（除了上述要求，还要考虑刀齿强度、切削层厚度、容屑情况等）。精铣时影响进给量选择的主要因素是加工精度和表面粗糙度的要求，而每转进给量与已加工表面粗糙度关系密切，故半精铣和精铣时按每转进给量进行选择。由于数控铣床主运动和进给运动是由两个伺服电动机分别传动，它们之间没有内在联系，因此无论按每齿进给量fz还是按每转进给量选择，最后均需计算出进给速度vf。进给速度与每齿进给量及每转进给量之间的关系是： vf=n =nZfz式中n铣床主轴转速（r/min）; Z铣刀齿数。vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，vf可选择得大些。在加工过程中，也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。 （4）主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为 n=1000vc/d式中d刀具直径（mm）； vc切削速度（m/min)。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。（5）背吃刀量背吃刀量的选取主要根据机床、夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性、加工余量及对表面质量的要求来确定。1）当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.525m时，加工余量较小（56mm），粗铣一次就可以达到要求；但当余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次铣削完成。第一次背吃刀量应取大些，其好处是可以避免刀具在表面缺陷层内切削（余量大时往往余量不均匀），同时可减轻第二次铣削进给的负荷，有利于获得较好的表面质量。一般粗铣铸钢或铸铁时，ap取1.57mm；粗铣五无硬皮的钢料时，ap=35mm。2）当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.212.5m时，可分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时ap的选取同前述；粗铣后留0.51mm余量，在半精铣时切除。3）在工件表面粗糙度值要求为Ra=0.83.2m时，可分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时ap取1.52mm，精铣时ap取0.20.5mm。 （七）、 G 代码的生成与校核1. G 代码的生成生成 G 代码就是按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的刀具轨迹转化生成 G 代码数据文件，就是 CNC 数控程序，生成的数控程序其实就是三维造型的最终结果， 生成数控程序就可以直接输入机床进行数控加工。 功 能：生成 G 代码数控程序。 操作说明：（1） 输入文件名后拾取确认键，系统提示拾取刀具轨迹。当拾取到刀具轨迹后，该刀具轨迹变为红色的虚线。可以拾取多个刀具轨迹，鼠标右键结束拾取，系统即生成数控程序。 （2）输入数控加工程序文件名：在“后置处理”模块子菜单区中选取“生成 G 代码”功能项，则弹出一个需要用户输入文件名的对话框，要求用户填写或选择后置程序文件名。2. G 代码的校核校核 G 代码就是把生成的 G 代码文件反读进去，这样就可以生成刀具轨迹，以检测生成的 G 代码的正确性。如果反读的刀位文件中包含有圆弧插补，那就需要用户指 定相应的圆弧插补格式。如果不这样的话就