CAXA制造工程师在航天精密加工制造中的应用

一、前言

   中国科学院上海技术物理研究所是一所以红外技术和物理研究为基础的研究所，主要承担我国航天遥感技术的研究发展。在我国气象卫星事业的发展上发挥了重要的作用，作出了很大的贡献。所属实验工厂主要承担所内实验室研制的红外航空遥感仪器、红外地平仪、及其他光学元器件的加工试制工作，同时还承担着重要航天工程项目的制造任务。由于所研究方向的特点，对于机加工水平就提出了较高的要求，特别是对于光学机械零件的加工来说，不仅要在机械精度上保证要求，还要在其复杂的加工形状上满足设计的需要。目前我厂对于一些复杂零部件的加工采用CAXA-CAD/CAM系统实现工艺设计和加工。

二、 CAM数控加工技术的应用

   光学零部件的设计，一般要求要满足其光学光路的要求，所以在形状上就会比较复杂，不是传统加工制造中的基本形状，有时并不能通过传统的铣、车、刨等达到加工要求，如果使用线切割和电火花等技术可以达到要求，但是工件的周转工序增多，生产周期延长，并且对工件的多次装夹造成尺寸基准变化等，也会有一些不可避免的缺点。而采用数控技术不仅可以缩短生产周期，又避免了多次装夹，提高了加工精度。

   对于数控机床的编程，传统的手工编程方法是由编程人员根据二维图纸的要求，按照一定的加工路线，计算编写加工G代码程序，再输入机床加工。但对于复杂零部件，需要三维编程的话，手工编程的方法就很难完成。使用适当的CAM软件，用计算机代替手工编程，将零件图样由计算机进行自动处理，编程人员只需输入相关的参数和要求，就可以自动生成加工G代码，同时对于手工编程无法计算的参数曲面和复杂自由曲面等，也可以由计算机绘制的三维图形处理而生成加工程序。根据有关统计，采用手工编程，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比为30：1，如果使用CAM软件编程，就会有效的节约时间，提高加工的准确形性和加工复杂零件的能力。

三、基于CAXA制造工程师的工艺加工过程

   CAXA制造工程师作为一个曲面实体相结合的CAD/CAM一体化的国产CAM软件，具有灵活的实体曲面造型功能和丰富的数据接口，可以实现零件复杂的三维造型设计，通过加工工艺参数的后置处理的设定，选取需加工的部分，自动生成适合的数控系统加工代码，通过直观的加工防真和代码反读来检验加工工艺和代码质量。

   图1所示，是针对于复杂零部件，需要数控技术和数控机床进行加工的工艺分析及加工过程，其中包括传统的手工编程流程和以CAXA制造工程师为核心的CAXA-CAD/CAM系统的工艺分析和加工的基本应用流程。

1、接收加工任务

   从实验室接收二维或三维图纸及软盘，完成满足数控加工的三维数据模型。

以图2的简单零件为例，是一个根据二维设计蓝图进行三维建模后的实体造型。利用CAXA- CAD提供的直线、圆弧，以及样条线等平面建图功能和拉伸、去料、放样、扫描等实体造型功能，可以将设计元素加工混合，进行三维加工数据的建模。

   实验室设计输出的一般是二维图纸形式，也有三维的CAD设计，针对所内各实验室部门CAD工程设计软件各不相同的特点，需要CAXA-ME具有丰富的数据接口，CAXA制造工程师包括了基于曲面的DXF和IGES标准图形接口，基于实体的X-T、X-B，面向快速成型设备的STL以及面向INTERNET和虚拟现实的VRML等接口。保证了与CAD软件进行双向数据交换，使厂内生产与实验室的设计开发实现通畅的交流交换。在对零件造型过程中，可以直接使用设计提供的三维设计，也可以利用两维制图中的参数线等元素，引入到CAXA建模中，实现CAD数据的准确交换。

2、确定加工工艺方案

   对三维建模进行分析，根据上道工序、下道工序以及中间穿插的必须的热处理规范，确定需要加工的零件尺寸，以及加工中间是不是需要重新装夹以满足热处理要求等。先对实体造型进行工艺分析，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，见图3。再分析实体的组成情况，确定加工步骤。

   同时，加工工艺的确定，也包括对零件尺寸、公差等技术要求的核准，确定装夹方式，选定切削刀具，机床调校和参数设定。根据加工的工作量大小，确定是否需要DNC在线G代码传输。

3、生成加工轨迹

   根据需加工零件的形状特点及工艺要求，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，快速生成刀具轨迹和刀具切削路径。

   如图4、图5分别为针对实体不同加工性质和加工特点的部位，采用不同的加工方法而生成的粗加工和精加工轨迹。编程人员可以根据实际需要，灵活选择加工部位和加工方法。加工轨迹生成后，利用刀位编辑、轨迹的连接和打断编辑、以及参数修改功能对相关轨迹进行编辑修改。运用轨迹防真功能，检验生成的刀具轨迹是否满足要求，查看切削后的工件截面，确保不会出现过切，以改进刀具轨迹。

CAXA制造工程师中还可以利用知识加工功能，选用典型加工工艺套路，以利用他人的实践经验，并在长期加工过程中积累自己的加工经验，使加工轨迹的编定更加简便、可靠。

4、G代码生成

   加工轨迹生成后，需要由加工轨迹生成加工G代码，但不同的机床其数控系统是不尽相同的，目前世界流行的典型数控系统有：日本FUNUC、德国SIEMENS、美国ACRAMATIC、西班牙FAGOR、日本三菱、法国NUM、德国HEIDENHAIN等，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。利用后置处理功能，可以通过修改某些设置而适用于各种常见的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。这样就便于生产管理识别和加工工时的计算。

5、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，进行在线DNC加工或单独加工。

三、综述

   由于目前国家对于制造业的重视，以及我国航天事业的飞速发展，我国精密机械加工水平也得到了一定的提高。我所承担着许多国家航天工程项目的研究制造任务，厂内使用的CAXA制造工程师这一国产CAM软件，使得在数控加工技术方面取得了长足的进步，充分发挥了原有数控类机床的优势，提高了利用效率，开发了数控加工的其他功能。为今后的复杂工程零部件的加工提供了更加有力的保证，对于我们今后进一步提高精密机械加工工艺水平拓宽了道路。

查看本帖完整版本: [-- CAXA制造工程师在航天精密加工制造中的应用 --] [-- top --]