CATIA数控加工的方法流程

86一、CATIA数控加工的特点因为具有丰富的系列化产品和简单易用的基于知识的V5架构，CATIAV5的数控加工功能优于其他现有的数控加工解决方案。其数控加工方面功能具有以下特点：(1)高效的零件编程能力。借助于刀具路径定义和运算，刀具路径验证和输出生成之间的紧密集成，支持多进程，多级机床操作的功能以及粗加工和精加工之间的自动重复，用户第一次使用就能正确地加工并因此提高产品质量。(2)高效的变更管理。源于产品设计、制造过程、以及资源间的高度关联性，用户可以比较容易管理并行的设计和制造流程，这样可以缩短从设计到制造的周期，降低成本。(3)高度自动化和标准化。依靠集成的CATIAV5的智能软件，允许捕捉和重用已成熟的制造专有知识，避免再生成已有的信息，允许在较短的时间内进行新概念的测试。(4)优化刀具路径并缩短加工时间。提供多种灵活的高速加工操作（如固定轴粗加工、Z向铣削、5轴侧向等高级加工），V5数控加工模组缩短了车间加工的时间。(5)减少管理和技能方面的要求。在同一系统中提供多种集成化应用软件，提供的制造软件包CATIA数控加工的方法和流程□香港中文大学谢龙汉使公司与CAM供应商一起创建一个强大而长期的易于管理的合作伙伴关系。数控加工模组包含了车削加工(LatheMachining)、2轴半铣削加工(PrismaticMachining)、曲面加工(SurfaceMachining)、高级加工(AdvancedMachining)、NC加工检查（NCManufacturingReview）、STL快速成型（STLRapidPrototyping）等模块，如图1所示。图1二、CATIA加工的一般流程CATIA提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。对于不同的加工类型，CATIAV5的数控编程过程都需经过获取零件模型、加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控刀路、检验数控刀路和生成数控程序七CAD系统建立零件模型加工工艺分析及规划完善零件模型设置加工参数生成数控刀路检验数控刀路生成数控程序CAM系统切削方式刀具参数加工程序参数加工对象数控加工图2CATIAV5作为一个CAD/CAE/CAM一体化的高端软件，具有强大的数控加工能力。从本期开始，本专栏将陆续刊登CATIA数控加工的相关内容。本期首先对CATIA数控加工的方法和流程进行总结，使读者对CATIA数控加工有系统的了解。个步骤，流程如图2所示。(1)建立或者获取零件模型。零件的CAD模型是数控编程的前提和基础，CATIA数控程序的编制必须有CAD模型作为加工对象。CATIA是具有强大的CAD系统，用户可以通过模块之间的切换，在零件设计、曲面造型等模块中建立所需的零件CAD模型，完成后再切换回到相应的数控加工模块中。CATIA也具有强大的数据转换接口，用户可以首先将其他CAD系统所建立的零件模型转换为公共的数据转换格式，如iges，step等，导入CATIA中，得到零件模型。(2)加工工艺分析及规划。加工工艺分析和规划在很大程度上决定了数控程序的质量，主要是确定加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速、切削进给等项目。加工工艺分析和规划的主要内容包括：◎加工对象的确定：通过对���86-90.indd862007.8.123:29:22PM87CAD/CAM与制造业信息化·2007年第8期模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控铣床上或者数控加工中心加工。数控铣加工的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；而某些加工内容可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工可以使用钻床、回转体加工可以用车床来加工。◎加工区域规划：对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成若干个加工区域。对加工区域进行合理规划，可以达到提高加工效率和加工质量的目的。◎加工工艺路线规划：从粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程规划，以及加工余量分配。◎加工工艺和加工方式确定：如刀具选择、加工工艺参数和切削方式的选择等。(3)完善零件模型。由于CAD造型人员更多地考虑零件设计的方便性和完整性，较少顾及零件模型对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域划分对模型做一些完善。零件模型的完善通常有以下一些内容：◎确定坐标系。坐标系是加工的基准，将坐标系定位在适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。◎清理隐藏对加工不产生影响的元素。◎修补部分曲面。对于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，应该补充完整。如钻孔的曲面，在狭小的凹槽部位等，应该将这些曲面重新做完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。◎增加安全曲面。◎对轮廓曲线进行修整。对于通过公共数据转换格式得到的零件CAD模型，看似光滑的曲线可能存在断点，看似一体的曲面在连接处可能不相交，这可以通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。◎构建刀路限制边界。需要使用边界来限制加工范围的加工区域，先构建出边界曲线。(4)设置加工参数。参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CATIA进行数控编程的主要操作内容，直接影响生成的数控程序质量。参数设置的内容主要有：◎设置加工对象：用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。◎设置切削方式：指定刀轨的类型及相关参数。◎设置刀具及机械参数：针对每一个加工工序选择适合的加工刀具，并在CATIA中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。◎设置加工程序参数：包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等的设置。这是参数设置中最主要的内容之一。(5)生成数控刀路。在完成参数的设置后，CATIA将自动进行刀轨的计算。(6)检验数控刀路。为确保数控程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀路是否有明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。对检查中发现的问题，应该调整参数的设置，再重新进行计算、校验，直到准确无误。(7)生成数控程序。前面生成的只是数控刀轨，还需要将刀轨以规定的标准格式转换为数控代码并输出保存。数控程序文件可以用记事本进行打开。在生成数控程序后，还需要检查这个程序文件，特别对程序及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。数控程序文件可以通过传输软件传输刀数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。三、数控加工操作的步骤下面以一个简单但是典型的例子，来说明数控加工操作的步骤。1.进入加工模块打开需要进行加工的零件，这里以如图3所示的零件为例进行介绍。零件打开后，通常是在零件设计（PartDesign）模块或者曲面设计模块（创成式曲面造型，GenerativeSurfaceDesign，或者自由曲面造型，FreeStyleSurface）。如果是外来的零件，可以通过公共接口，如iges、step等格式导入。图3进入数控加工模块一般可以通过调用菜单：【Start(开始)】→【(加工)】→【(2.5轴加工)】（或者其他加工模块）。进入加工模块后，绘图区如图4所示，其中除了加载的零件之外，还出现了一个加工坐标系和加工特征树。图42.加工要素定义这个步骤主要是设置数控加工的机床、加工的坐标系统、用于加���86-90.indd872007.8.123:29:23PM88工的零件毛坯、加工的目标零件、安全平面等内容。在特征树中双击节点，弹出如图5所示的对话框。图5在加工要素中，加工目标零件、加工毛坯、安全平面这三个参数是必须要进行设置的，而其他参数可以保持默认状态或者不用设置。在对话框中单击按钮，【PartOperation】对话框消失，在特征树中选择加工的目标零件，如图6所示，选择完成后双击鼠标左键完成，再次弹出【PartOperation】对话框。毛坯零件的选择方法相同。单击安全平面，选择一个平面作为参考面，接着设置从参考面偏置的距离，如图7所示。安全平面设置完成后，双击左键返回。设置完成后，单击按钮。图6图73.添加加工操作方法设置加工方法之前，需要对整个零件的加工步骤进行规划，包括加工方法、选用刀具、几何参数、进给率、进刀/退刀等参数。例如对于这个例子，需要首先对平面进行铣削，接着用型腔铣削进行粗加工，再次用型腔铣削进行型腔的精加工，完成对内部的加工后，要对零件的外围进行轮廓铣削，最后进行钻孔加工。下面就以这个加工操作为例介绍加工操作的具体设置。在工具栏中选择平面铣削按钮，接着选择特征树中“PartOperation”结点下的，系统弹出如图8所示的对话框。在对话框中，列出了五个加工参数设置选项页，分别是刀具路径、几何参数、刀具参数、进给率、进刀/退刀。图8在几何参数选项页中，将鼠标移动到感应区中的零件上表面，定义平面铣的加工区域，如图9所示。将鼠标移动到在图中位置，该区域的颜色从深红色变成橙黄色，单击左键，对话框消失，接着需要在几何显示区中选择所需的加工区域。这里选择目标零件的上表面，如图10中鼠标所指的表面。返回到对话框中，相应的区域变成深绿色。几何参数选项页的图标从变成，也就是其中的红灯变为绿灯，表示必要的几何区域定义已经完成，当然还可以继续定义其他可选择的参数。图9图10在对话框中双击“OffsetonContour：0mm”字样，弹出如图11所示的对话框，在其中输入“-5mm”，作为刀路在零件轮廓向外偏置5mm。图11选择刀具参数选项页，选择平面铣刀，预览如图12所示。将刀具名称修改为“T1FaceMillD50R5”。刀具号“Toolnumber”���86-90.indd882007.8.123:29:25PM89CAD/CAM与制造业信息化·2007年第8期改为“1”。如果要对刀具参数进行修改，可以在相应尺寸上双击，在弹出的对话框中进行修改，或者在对话框中单击按钮，展开刀具参数的隐藏部分，如图13所示，在其中对右侧的参数进行修改。其他参数保持默认状态。图12图13选择刀具路径选项页，设置刀具路径参数。在刀具路径形式“ToolPathStyle”下拉框中，选择“BackandForth（往复切削）”，将刀具路径设置为往返，如图14所示。其他参数保持默认状态。图14单击进刀/退刀选项页，对话框变成如图15所示。在这个对话框中，定义刀具的进刀(Approach)和退刀(Retract)路径。在“MacroManagement”列表框中，选择，单击右键，在弹出的菜单中选择“Activate”，该选项变为，亮起了黄灯，仍然需要对进刀路径进行定义。同样的方法激活。选中，在“Mode”下拉框中选择“Buildbyuser”，表示用户自己定义进刀路线。此时对话框下方出现了一系列的按钮，可以定义和编辑进刀路径。首先单击按钮，增加一条圆弧路径，并双击圆弧半径，将进刀半径修改为20mm，结果如图16所示。单击按钮，增加一条切线，单击按钮，增加一条轴向运动。完成后的进刀路线如图17所示。选择退刀，在“Mode”下拉框中选择“Axial”，结果如图18所示。图15图16图17图184.刀路仿真在完成刀路参数设置之后，可以进行刀路仿真。在上一节中的“Facing.1”对话框中，单击刀路仿真按钮，系统对刀路进行计算，计算完成后，弹出如图19所示的对话框。在几何显示区，显示了刀路的情况，包括刀具的尺寸、进刀、退刀、刀路的形式，如图20所示。单击以及按钮，可以观看走刀的动画。在对话框中单击切削过程仿真，系统将显示零件毛坯和刀具，单击以及按钮，也可以观看切削模拟，如图21所示。图19图20���86-90.indd892007.8.123:29:27PM90׃مࣅಎݛೠໃගሻࢁ଎վ೟e^^^PJHKJVTJUKĩཟ౮౰ࡶ୅၂࿎ԶĪ׃مࣅಎݛೠໃගሻࢁ଎վ೟ቜ௞ᆠࠪᆦᄥ࣑ྣ৻༪אߍĻ