现代模具成形制造中，型面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，制造精度要求日益提高，而交货期不断缩短，这就对模具加工提出了更高的要求。随着数控机床、刀具系统及CAD／CAM软件的不断发展，高速切削加工技术在模具制造中的应用越来越广泛。

　　《CAXA制造工程师》是北航海尔公司开发的机械设计及制造系列软件中的一个组成部分．主要用途是为数控铣床及加工中心完成数控自动编程。兰州交通大学铁道技术学院在引入该软件之后，通过在大河机床厂生产的DK45型数控铣床及V700型加工中心的使用中发现，该软件在模具型腔的加工方面有比较好的效果。该软件相对国外三维加工软件而言，价格比较便宜，基本功能较为齐全，可满足机械加工中常用二维及三维模具型腔的加工，具有比较好的应用前景。

　　现有一典型模具型腔零件如图l所示。其数控加工流程为：CAD模型设计，刀具轨迹生成，后置设置，生成G代码，最后连接数控机床进行加工。

1 CAD造型设计

　　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。结合该模具型腔的结构特征，首选功能是CAXA中的曲面实体混合造型。

图1模具型腔零件图

　　1.1 分析零件图

　　(1)通过零件图可以知道，该零件整体结构是一个长方体。

　　(2)通过主、俯视图可以看出长方体中间有一个型腔，由B—B、A—A剖视图可知型腔底部为一曲面；从主视图可以看出型腔内部有高度不同的两个凸台，凸台基本形状可由俯视图及主视图看到。

　　(3)从俯视图和B—B、A—A剖视图可以看出，在长方体的长度方向上表面有一个曲面凹槽。

　　1.2 确定造型方法

　　(1)用拉伸增料方式构造一长方体。

　　(2)由于凹缺部分的左、右两截面形状不同，故用放样除料。

　　(3)型腔底部为一曲面，用扫描面先做出此曲面，再用拉伸除料到面方式做出型腔。

　　(4)从主视图可知凸台上、下表面位置，故下凸台可从上表面用拉伸到曲面的增料方式完成造型，上凸台由于上、下两表面形状不同，故用放样增料方式完成造型。

　　(5)曲面凹槽：先用双导动面做出曲面，再用曲面裁剪实体方式得到曲面凹槽。

　　1.3 建模注意事项

　　(1)软件所绘制草图必须是首尾相接无重叠的封闭轮廓，每个草图绘制完成后都要进行草图封闭性检查。如果出现开口环问题，解决方法如下：①对出现开口环位置的两个草图元素进行尖角过渡，来解决草图元素交叉或未接触问题；②对出现开口环位置的两个草图元素分别进行删除处理，以解决重叠线的问题。

　　(2)放样除料时，要注意放样的两个草图节点对应问题。例如一个草图有四个节点，而另一个草图为六个节点，放样处理时有可能出现实体模型扭曲的情况。

(3)用曲面裁剪实体的时候，要注意临界性问题。所做曲面一定要比被裁减的实体略大，可以采用曲面延伸的办法处理。

2 刀具轨迹生成

　　2.1 拟定工艺路线

　　高速加工的关键是要保证三点：①保持切削载荷的平稳；②最小的进给率损失；③最大的程序处理速度。

　　基于以上三点的要求，加工时主要注意以下原则：

　　(1)加工方法的选定：以摆线加工、等高加工、扫描线加工、三维偏置加工为主。

　　(2)刀具路径：摆线、扫描线可有效提高切削时载荷的平稳性。

　　(3)下刀问题：要考虑被加工对象属于封闭型腔、开放型腔、半封闭型腔三种类型的哪一种。封闭型腔要采用螺旋式下刀，特别注意下刀半径的干涉问题；开放型腔和半封闭型腔可以采用模型外下刀，再切入工件。

　　(4)切入切出问题：保证切向切入，可采用“沿着形状”的切入方式，可使刀具沿着零件形状接近零件，既避免了加工干涉问题，又保证了刀具切入负荷最小。　　根据以上原则制定本零件加工工艺路线如表1所示。

　　2.2 生成刀具轨迹

　　(1)毛坯设定

　　CAXA制造工程师提供了两点方式、三点方式和参照模型三种毛坯的设定方法，本文已经完成了模具型腔的三维建模，所以采用参照模型方式来生成模型的包围盒。

　　(2)粗加工采用摆线式粗加工

　　刀具摆动前进切削，在转弯处增加了摆线接近和圆弧转角，使得进刀更加平滑。直线切削时先切出一道通槽，然后再使用直线走刀进行切削，这样有效避免了全刃径的前进切削，使得整个曲面切槽加工的每刀切削负荷更加平均。参数设定为：切削圆弧半径20mm，加工方向为X正方向，刀具采用15mm的平底立铣刀，以提高加工效率。

　　(3)限制线加工刀具轨迹

　　模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表而的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。由于该模具型腔结构较复杂，所以应将整个型腔进行分区，根据各部分曲面的特点采用不同的走刀策略，曲面凹槽应采用限制线精加工控制其走刀方向。

　　(4)补加工刀具轨迹

　　此部分轨迹的目的主要是针对前面等高加工部分和造型相比还有剩余未加工的部分，所以选用的刀具直径一定要比等高加工刀具直径小，否则系统无法生成补加工轨迹，补加工选用直径4 mm的球刀。

　　(5)笔式清根加工刀具轨迹

　　最后做清根加工，消除由于使用球头刀而在角落部分所残余的材料。清根加工采用外形铣削的方法，用直径4 mm的平底刀进行。

3 后置设置

　　CAXA制造工程师的后置设置主要是就不同的数控系统来设置参数，以便将前面生成的刀具轨迹转化成数控机床可以识别的G代码。这里主要以目前国内应用最多的FANUC系统为例，简单设置参数如下：

　　程序说明：　　(SPOST—NAME，SPOST—DATE，SPOST—TIME)　　程序头：　　SG9 S0WCOORD SG0 SCOORD_Z@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN_CWSCOOL_ON(加入冷却液打开宏指令)

　　换刀：　　SCOOL—OFFSSPN—OFF@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN—CWSCOOL—ON(加入冷却液关闭后再打开宏指令)

　　程序尾：

　　SCOOL—OFFSSPN OFF@SPRO—STOP(加入冷却液关闭宏指令)

4 生成G代码

　　用生成G代码功能将刀具轨迹分别生成各自的数控加工程序。当多个加工轨迹所用的刀具相同时，可将这些轨迹生成一个数控加工程序。注意应按实际加工的先后顺序拾取轨迹。

5 数控机床加工

　　由于本零件形状复杂，加工代码量大，所以使用数据存储设备CF卡作为存储介质，CF卡尽量选用低速低容量卡，以保证其兼容性。将计算机保存的程序转存为NC文件，将CF卡插在其读卡器上，作为u盘插入计算机，并将NC文件存在CF卡上。加工时把CF卡取下再插入适配器，将其插入数控机床的PCMCIA卡插槽，应用DNC功能在线加工。

6 结语

　　通过对模具型腔零件图的分析，采用了曲面实体混合造型生成了零件的三维模型，之后经过摆线粗加工、等高线半精加工、等高线精加工、限制线精加工、区域式补加工、等高线补加工、笔式清根加工等加工方法生成了加工轨迹，在轨迹仿真界面通过了加工仿真，再经过软件后置处理生成了G代码，最终在V700加工中心上完成了该模具型腔的数控加工，取得了较好加工质量。

　　经过验证，《CAXA制造工程师》作为国产数控加工软件，具备了铣削加工的各种功能，能够胜任复杂零件的自动编程工作。