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摘要：現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性變化，使先進(jìn)制造業(yè)成為現(xiàn)代工業(yè)化的象征。基于此，以中國(guó)象棋的建模設(shè)計(jì)與數(shù)控加工為例，介紹應(yīng)用 caxa 制造工程師進(jìn)行建模造型、實(shí)體仿真、生成加工程序及導(dǎo)入數(shù)控設(shè)備加工等工藝的流程，并運(yùn)用曲線式銑槽加工方法加工出樣式新穎的中國(guó)象棋，為建模設(shè)計(jì)工作提供了一種利用 CAXA 制造工程師進(jìn)行字體造型的更高效便捷的方法。

關(guān)鍵詞：CAXA 制造工程師；中國(guó)象棋設(shè)計(jì)；數(shù)控加工

1傳統(tǒng)生產(chǎn)制造與現(xiàn)代生產(chǎn)制造

1.1傳統(tǒng)生產(chǎn)制造

傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造是工藝人員按照?qǐng)D紙標(biāo)注的尺寸手工編制程序，而后將程序輸入機(jī)床進(jìn)行加工的生產(chǎn)方式。若需要修改產(chǎn)品的尺寸參數(shù)，則要重新設(shè)計(jì)圖紙，再手工編程輸入機(jī)床進(jìn)行加工[1]。這樣會(huì)消耗大量的人力和物力，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的更新發(fā)展，不符合現(xiàn)代加工生產(chǎn)制造業(yè)高速發(fā)展的需要。

1.2現(xiàn)代生產(chǎn)制造

現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，通常會(huì)借助工業(yè)設(shè)計(jì)軟件繪畫(huà)并構(gòu)造零件的實(shí)體造型，然后利用軟件自帶功能生成加工程序代碼，再輸入到機(jī)床進(jìn)行加工。目前，國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的是國(guó)產(chǎn)軟件 CAXA系列。CAXA 系列軟件中，CAXA 制造工程師模塊不但能夠?qū)ｉT(mén)針對(duì)數(shù)控多軸設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，還可以構(gòu)造產(chǎn)品三維實(shí)體模型，從而清晰地看到產(chǎn)品加工的最終效果，提高工作效率和生產(chǎn)效率[2]。

2利用 CAXA 制造工程師的設(shè)計(jì)與模擬加工思路

借助工業(yè)設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)生成程序相對(duì)傳統(tǒng)手工編程而言，能夠有效減少程序生成時(shí)間和編程人員的尺寸計(jì)算量，對(duì)一些形狀復(fù)雜、曲線復(fù)雜的工件尤為適用，特別適用于新產(chǎn)品的研制和工藝性較強(qiáng)的產(chǎn)品研發(fā)和制造。應(yīng)用 CAXA 制造工程師設(shè)計(jì)象棋棋子應(yīng)按照以下步驟[3-4]：首先，用草圖繪制功能設(shè)計(jì)出棋子外形輪廓；其次，用實(shí)體特征功能對(duì)工件輪廓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)增料、拉伸增料、旋轉(zhuǎn)除料和拉伸除料等操作，生成象棋粗糙模型；最后，在模型表面上輸入象棋字體完成模型的建立。模型建立完成后，選擇相關(guān)加工方式（平面區(qū)域粗加工、平面輪廓精加工、曲線式銑槽加工等）對(duì)模型進(jìn)行仿真加工，待確認(rèn)無(wú)誤后生成加工程序，并將程序通過(guò)分布式數(shù)控功能或 U 盤(pán)傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床中進(jìn)行實(shí)物加工。

3CAXA 制造工程師的設(shè)計(jì)與數(shù)控銑床加工具體過(guò)程

3.1建模及仿真過(guò)程

以 CAXA 制造工程師 2016 大賽版軟件為例，其建模過(guò)程如圖 1 所示。首先，打開(kāi)軟件，單擊左側(cè)軌跡樹(shù)中的零件特征，選 XY 平面，右鍵創(chuàng)建草圖 0，再單擊曲線命令中的直線，將立即菜單改為水平 / 鉛垂線，選（0，0）為直線中點(diǎn)，然后單擊曲線命令中的圓，將立即菜單改為圓心 - 半徑，畫(huà)出圓心為（0，0）、圓半徑為 19.5 mm 的圓。其次，利用曲線剪切命令將剛畫(huà)的圓剪切，使剩下的部分與開(kāi)始畫(huà)的直線形成一個(gè)全封閉曲線，然后退出草圖編輯，單擊直線命令，在 X 方向畫(huà)一條正交直線，作為生成實(shí)體時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸，再單擊旋轉(zhuǎn)增料命令，拾取上一步畫(huà)的草圖和剛畫(huà)的旋轉(zhuǎn)軸，選擇旋轉(zhuǎn) 360°生成實(shí)體。再次，選擇 YZ平面（或 XZ 平面），在 Z 軸正負(fù)兩個(gè)方向畫(huà)長(zhǎng)度為 7.5mm 的兩條直線，然后以畫(huà)出的兩條直線端點(diǎn)為中點(diǎn)，畫(huà)平行于 Y 軸（或平行于 X 軸）且長(zhǎng)度大于39 mm 的直線，再在 X 軸（或 Y 軸）畫(huà)正交直線（畫(huà)的直線長(zhǎng)度應(yīng)大于生成實(shí)體），并選擇曲面 - 導(dǎo)動(dòng)面 - 平行導(dǎo)動(dòng)的方式生成平行于 XY 平面的兩個(gè)面，然后選擇曲面裁剪除料，除去多余實(shí)體，將上表面進(jìn)行倒角處理，再單擊曲線命令中的圓，將立即菜單改為圓心 - 半徑，選坐標(biāo)系中心為圓心，畫(huà)半徑為19.26mm 的圓。最后，選擇常用命令中的平移，將距離設(shè)為 3 mm，在 Z 軸方向上下兩個(gè)部位分別拷貝這個(gè)圓，選擇曲面命令中的直紋面，將立即菜單改為曲線 + 曲線形成曲面，最終形成象棋模型。

3.2CAXA 制造工程師中國(guó)象棋仿真加工過(guò)程

先在以（0，0）為圓心在距離模型上表面 0.3 mm的位置畫(huà)半徑為 15 mm 的圓，然后選擇曲線命令中的文字，在繪圖區(qū)內(nèi)選擇一點(diǎn)作為文字的基準(zhǔn)點(diǎn)，編輯所要加工的文字。編輯完成后，打開(kāi)設(shè)置把字體改為楷書(shū)，并把字高改為27，然后點(diǎn)擊確定。操作完成后，選擇點(diǎn)坐標(biāo)中的 XYZ 將字體移動(dòng)至合適的位置，之后選擇加工命令中的曲線式銑槽加工，在彈出的曲線式銑槽加工對(duì)話框中，將加工精度更改為 0.01，并把刀具參數(shù)中的刀具名改為 Sph ML_0，選擇球頭銑刀，刀具半徑設(shè)置為 2 mm，然后打開(kāi)幾何選項(xiàng)選擇所要加工零件的所有軌跡輪廓，待設(shè)置完相關(guān)加工參數(shù)后點(diǎn)擊確定。加工前要設(shè)置合適的毛坯，然后右擊刀具軌跡，選擇實(shí)體仿真，到達(dá)仿真加工界面后開(kāi)始仿真，直至加工成型，如圖 2 所示。確認(rèn)加工過(guò)程無(wú)誤后，生成加工程序。具體生成過(guò)程為：右擊刀具軌跡命令中的后置處理生成 G 代碼，在出現(xiàn)的保存對(duì)話框中，選擇數(shù)控系統(tǒng)，并選擇要保存的地址，然后輸入文件名稱和擴(kuò)展名等信息，點(diǎn)擊確定，完成導(dǎo)出。最終生成的部分程序如下：%O2021；N10 G90 G54 G21 G17 G40；N12 M03 S1500；N14 G00 X15.0 Y0.0；N16 G00 Z100. M08；N18 Z17.2；……N1352 Z17.2；N1354 G00 Z100.；N1356 M09；N1358 M05；N1360 M30；%

4象棋的實(shí)際加工過(guò)程

4.1確定裝夾方案和裝夾工具

目前，象棋棋子的加工原料多采用木質(zhì)或塑料材質(zhì)，但為了滿足車間現(xiàn)有材料的要求，本文使用鋁棒加工棋子毛坯。由于市面上常見(jiàn)的象棋外形為橢圓形，用虎口鉗裝夾時(shí)受力面小，導(dǎo)致零件裝夾不牢固，且會(huì)破壞外表面[5]。因此，本方案中把棋子外形設(shè)計(jì)為中間有一段水平面的形式，并選用自制的專用夾具裝夾，同時(shí)用三爪卡盤(pán)固定，以保證加工精度[6]。

4.2實(shí)際加工象棋工藝流程

實(shí)際加工象棋的過(guò)程中，選擇使用數(shù)控車加工象棋毛坯，并使用 CAXA 制造工程師軟件生成象棋字的程序，利用 U 盤(pán)將程序數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)控銑床，然后利用專用夾具將棋子毛坯安裝在三爪卡盤(pán)上，并選用合適的球頭銑刀進(jìn)行實(shí)物加工，詳細(xì)步驟如下。首先，用數(shù)控車加工象棋外形面，加工外形時(shí)選用 90°外圓車刀，切斷時(shí)選用 3 mm 的切斷刀。其次，棋子毛坯成形后，將棋子用已經(jīng)做好的專用夾具裝夾在數(shù)控銑床的三爪卡盤(pán)上，并進(jìn)行對(duì)刀操作。再次，對(duì)刀操作結(jié)束后，將事先用 CAXA 制造工程師編好的加工字體程序通過(guò) U 盤(pán)輸入數(shù)控設(shè)備，至此前期準(zhǔn)備工序全部就緒。最后，點(diǎn)擊數(shù)控車床面板的程序啟動(dòng)按鈕進(jìn)行實(shí)物加工，得到象棋棋子實(shí)物如圖 2 所示。對(duì)于整個(gè)加工工藝過(guò)程中的程序部分，因?yàn)槊鞯妮喞?jiǎn)單，容易編程，所以用數(shù)控車床進(jìn)行象棋毛坯的加工時(shí)，可采用手工編寫(xiě)程序代碼的方式。但是，在加工象棋字體時(shí)，字體筆畫(huà)較復(fù)雜，手工編程比較麻煩，且容易出錯(cuò)，因此可采用 CAXA 制造工程師2016 大賽版建模并自動(dòng)生成程序代碼，最后加工出象棋棋子。這樣既節(jié)約了時(shí)間，又提高了加工精度。

5結(jié)語(yǔ)

數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機(jī)械制造裝備的核心技術(shù)，是體現(xiàn)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要手段。應(yīng)用 CAXA 制造工程師、CAD 和 CAM 等軟件中的相關(guān)功能進(jìn)行實(shí)體造型和建模仿真，并采用曲線式銑槽加工方式對(duì)象棋字體進(jìn)行加工，不僅能夠設(shè)計(jì)款式新穎的零件，滿足現(xiàn)代機(jī)械加工和市場(chǎng)的多樣化需求，還能夠?qū)α慵M(jìn)行模擬仿真加工，以防止零件加工中出現(xiàn)錯(cuò)誤，體現(xiàn)了現(xiàn)代機(jī)械加工的優(yōu)勢(shì)。

作者：王曉波 單位：沈陽(yáng)理工大學(xué)工程實(shí)踐中心