匯誠(chéng)汽車(chē)：CAXA制造工程師在高速加工技術(shù)中的應(yīng)用

公司簡(jiǎn)介

北京匯誠(chéng)汽車(chē)工程有限公司成立于1996年，主要生產(chǎn)汽車(chē)主模型和檢具。匯誠(chéng)公司為上海汽車(chē)集團(tuán)公司、廣州羊城汽車(chē)廠、沈陽(yáng)金杯汽車(chē)公司、奇瑞汽車(chē)公司、昌河汽車(chē)公司、江鈴汽車(chē)公司、長(zhǎng)安汽車(chē)集團(tuán)公司、北方奔馳公司、吉利汽車(chē)公司、北汽福田公司、江淮汽車(chē)制造有限公司、長(zhǎng)城汽車(chē)公司、濟(jì)南重汽、海南馬自達(dá)等國(guó)內(nèi)多家著名汽車(chē)廠生產(chǎn)過(guò)汽車(chē)主模型和檢具。

軟件應(yīng)用背景

本文所介紹的CAXA制造工程師在高速加工技術(shù)中的應(yīng)用，其硬件主要使用了匯誠(chéng)公司的兩臺(tái)意大利產(chǎn)大型高速數(shù)控銑，機(jī)床臺(tái)面均達(dá)到4500X2500mm。其中一臺(tái)是RAMBAUDI的DIGIMILL-40L，主軸最高轉(zhuǎn)速1萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘，最大進(jìn)給速度15米/分鐘；另一臺(tái)是ARES48-26-PX5，主軸最高轉(zhuǎn)速2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘，最高進(jìn)給速度40米/分鐘。

匯誠(chéng)公司從1997年就開(kāi)始使用CAXA CAM軟件----CAXA制造工程師，應(yīng)用于汽車(chē)主模型和檢具的生產(chǎn)。CAXA制造工程師是一套面向數(shù)控銑和加工中心機(jī)床的CAD/CAM應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、工藝性好、代碼質(zhì)量高，是數(shù)控制造的“核心”。在匯誠(chéng)公司長(zhǎng)期的使用中受到好評(píng)，不但降低了投入成本，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。CAXA制造工程師包含2-5軸加工，融入了很多適用于高速加工的先進(jìn)技術(shù)。作為管中窺豹，本文將簡(jiǎn)單介紹其中一些亮點(diǎn)。

在高速加工中的應(yīng)用

我們知道對(duì)于單一的凸形或凹形加工，適用等高線加工方式來(lái)切削，通過(guò)控制每層的切削量和每層的進(jìn)出刀方式（如：采用毛坯外進(jìn)刀，圓弧切入、切出方式）即可達(dá)到高速加工的需求。

圖表 1 簡(jiǎn)單模型情況下 適用于高速加工的等高精加工軌跡

但是對(duì)于汽車(chē)主模型和檢具，其幾何形狀異常復(fù)雜。它的高速加工軌跡，不僅僅是需要處理軌跡層與層之間，下刀的切入/切出方式，還需要考慮順/逆銑的一致性、每層進(jìn)出刀點(diǎn)位置優(yōu)化、各種軌跡拐角的方式及速度控制等。其綜合后情況變得非常復(fù)雜。例如，當(dāng)層與層之間的下刀方式設(shè)置為圓弧切入/圓弧切出，在上述簡(jiǎn)單的純凸或純凹模型加工情況下，可認(rèn)為給出圓弧的切入/切出半徑值，但當(dāng)處理復(fù)雜模型時(shí)，這個(gè)切入/切出圓弧半徑很難人工給出了，需要通過(guò)復(fù)雜的算法進(jìn)行判斷。因?yàn)閺?fù)雜的汽車(chē)模型等高加工軌跡，每層軌跡的輪廓與島的形狀不盡相同，不可能以相同位置和相同進(jìn)/出刀半徑處理，否則在高速精加工過(guò)程中會(huì)造成局部加工過(guò)切。

圖表 2 漸變的圓弧切入/切出半徑軌跡

上“圖表 2 漸變的圓弧切入/切出半徑軌跡”中顯示了CAXA制造工程師中等高線精加工方式中，對(duì)圓弧切入/切出的半徑處理情況。從中不難看出其每層深度的變化，切削空間隨之變化，而切入/切出圓弧半徑也發(fā)生了變化。

下面是CAXA制造工程師針對(duì)高速加工，兩種典型拐角處理情況：

圖表 3 適合高速加工的拐角軌跡1

圖表 4 適合高速加工的拐角2

“圖表 3 適合高速加工的拐角軌跡1”為CAXA制造工程師為往復(fù)切削開(kāi)發(fā)的拐角處理方式；“圖表 4 適合高速加工的拐角2”為環(huán)形切削開(kāi)發(fā)的S形高速切削行間拐角。

另外在汽車(chē)檢具的高速加工中，有很多尖角的棱邊，由于被加工材料為脆性材料，如果在軌跡上不作處理，加工過(guò)程中高速運(yùn)動(dòng)的刀具很容易破壞這些棱邊，尤其是過(guò)棱邊向下切削時(shí)。故在這類檢具的加工過(guò)程中，需要CAM軟件能自動(dòng)生成對(duì)于尖棱邊的保護(hù)軌跡。

圖表 5 對(duì)尖棱邊保護(hù)的軌跡

在CAXA制造工程師中，除在軌跡形狀上針對(duì)高速加工做了很多工藝性處理，而且還在拐角加減速上做了處理。因?yàn)榇蠖鄶?shù)高速加工機(jī)床均屬于高速輕載機(jī)床，匯誠(chéng)公司的這兩臺(tái)大型高速機(jī)床均為高速輕載，如果機(jī)床控制系統(tǒng)本身不具備小拐角自動(dòng)降速機(jī)制，則必須由CAM軟件提供。如果在汽車(chē)主模型和檢具的凹形拐角處沒(méi)有降速處理，機(jī)床主軸的負(fù)載會(huì)驟然加大，產(chǎn)生很大的沖擊，嚴(yán)重的會(huì)損壞機(jī)床。如果這個(gè)拐角處的壁厚較薄，則勢(shì)必造成拐角崩塌，后果也很?chē)?yán)重！

CAXA 制造工程師中提供了拐角加工減速功能，它是在軟件中根據(jù)路徑的傾斜角度、角部角度、水平圓弧的半徑為依據(jù)，做一定范圍的降速調(diào)整。下面是CAXA 制造工程師中的幾種加工自動(dòng)降速處理情況：

● 各要素傾斜度的減速——根據(jù)路徑的傾斜度降低送刀速度的功能。

●  描線角部減速——根據(jù)路徑的三維的角部的角度降低送刀速度的功能。

●  等高線角部減速——根據(jù)等高線路徑的角部的角度降低送刀速度的功能。

● 等高線角部半徑減速——根據(jù)等高線路徑的角部半徑的大小降低送刀速度。

圖表 6 減速變化實(shí)例——等高線角部速度變化

“圖表 6 減速變化實(shí)例——等高線角部速度變化”中，左邊的圖形為勻切削軌跡，右邊的圖形，在軌跡顏色深的圓弧拐角處發(fā)生了降速。

圖表 7 減速變化實(shí)例——掃描線角部速度變化

同圖表6一樣，圖標(biāo)7中右圖中加粗部分軌跡為降速軌跡。

在后置處理方面，CAXA制造工程師可針對(duì)曲面加工作代碼優(yōu)化。另外還針對(duì)西門(mén)子系統(tǒng)作了空間圓弧指令的支持，它可在復(fù)雜曲面加工中，將由直線差補(bǔ)組成的軌跡輸出處理為由西門(mén)子空間圓弧差補(bǔ)指令，這種處理方式將輸出的代碼軌跡更平滑，代碼量更精簡(jiǎn)，非常適合復(fù)雜曲面（如汽車(chē)的主模型、檢具、模具等）的高速加工。

由于篇幅限制，這里僅對(duì)北京匯誠(chéng)汽車(chē)工程有限公司使用CAXA制造工程師在汽車(chē)主模型、汽車(chē)檢具生產(chǎn)中，對(duì)高速加工技術(shù)應(yīng)用作簡(jiǎn)單介紹。