基于CATIA的自由曲面的設計及數控加工研究

任小萍

摘 要：隨著時代的進步和社會經濟的發展，特別是現代科技的進步，在各行各業中已經廣泛應用自由曲面。在應用過程中，非常重要的一個問題就是如何對自由曲面進行精確高效的設計。如今出現了CAD系統和數控機床，解決了設計和制造問題。該文簡要分析了基于CATIA的自由曲面的設計及數控加工，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：自由曲面 CATIA 數控加工

中圖分類號：TH161.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0022-01

自由曲面一般較為復雜，有著較為繁瑣的計算和較多的程序段。手工編程在實踐過程中逐漸暴露出來了一系列的問題，那么就盡可能的將自動編程給應用過來。在自動編程的過程中，程序員結合零件圖樣和工藝要求，將相關的CAD/CAM軟件給應用過來，借助于CAD模塊實現建模，然后利用CAM模塊產生刀具路徑，數控程序由后置處理程序來產生，借助于軟件向數控機床傳輸，這樣自由曲面的加工就得到了完成。

1 基于CATIA的自由曲面的設計

CATIA是世界上一種主流的設計軟件。它被廣泛應用到各個領域，它的集成解決方案可以對所有的產品設計和制造領域進行覆蓋，特有的電子樣機模塊和混合建模技術，可以在較大程度上提升企業競爭力和生產力。為了方便人們理解，我們以薩克斯哨片為例，進行了分析。

構建薩克斯哨片曲面模型：選擇上拉菜單開始/形狀的常規曲面設計命令，系統就會彈出相應的對話框。將需要創建的零件名稱輸入到零部件名稱中，這樣就進入到了零件設計平臺。在點定義對話框中，定義一個在zx平面上相應坐標值的點；利用同樣的方法，創建若干個點于zx平面上。創建一條樣條曲線，保證可以通過上面所創建的點。將快速修剪工具應用過來，將條曲線的右端給修剪掉，然后將軸線給刪除掉，將草圖繪制工作臺給退出去，就返回到了零件設計工作臺中，在對話框中，對參考面進行構建。按照上述的步驟，將樣條曲線創建于參考平面上，然后創建一個水平線，它的起點為樣條曲線的左端點。將這種方法應用過來，對另外13個參考平面進行創建，并且將相應的樣條曲線繪制于參考面上。在定義對話框中，有效結合樣條曲線和直線。使用同樣的方法，結合其他草圖的樣條曲線和直線，隱藏相應草圖，就可以得到一組結合曲線。在多截面曲面定義對話框中，就可以有效創建多截曲面。

2 基于CATIA的自由曲面的數控加工

我們依然將薩克斯哨片應用過來，為了更好地對加工參數進行設置，就需要將上文所創建的哨片模型中不需要加工部分去除掉，只將需要加工的部分保留下來，依然下拉菜單，對加工命令進行選擇，這樣就進入到了曲面加工模塊，在毛坯創建的對話框中，對目標零件進行選擇，這樣就成功創建了毛坯零件。

將毛坯零件激活，進入到零件設計模塊，將一個相應坐標值的點創建于xy平面上，這樣就可以對工作坐標系的原點和坐標更好的設置。完成創建之后，返回到曲面加工模塊。

一是對加工要素進行設置：在零件操作對話框，對各項加工要素進行設置，如數控機床、參考坐標系、幾何體等。在數控機床編輯器對話框中，對三軸聯動機床進行選擇。在參考坐標系定義對話框中，可以對本坐標系的名稱進行設置，對對話框中的原點單擊，對事前創建的一點進行選擇，對對話框中的Z軸進行單擊，系統就會彈出一個對話框，對手工指定法進行選擇，設定Z軸，對對話框中的X軸進行單擊，系統會彈出對話框，同樣對手工指定法進行選擇，設定X軸。

在幾何參數設置方面，在加工目標零件選擇方面，將目標零件加工命令輸入進來，對特征數合理選擇。其次是對毛坯模型進行選擇，將毛坯零件名稱輸入進來，合理對特征數進行選擇。將安全平面命令輸入進來，對毛坯上表面進行選擇，這樣就合理設置了加工參數。

二是CATIA模擬加工：在插入位置方面，選擇相關結點，將Sweeping Rough命令輸入進來，系統就會彈出一個對話框。在對話框的加工區域感應區，對目標零件進行選擇。選擇之后，就會有加工零件的字樣出現于零件上，完成選擇之后，就會返回到對話框中。在對話框中，對加工區域上的偏置字樣進行雙擊，將0.0毫米輸入到彈出的數值框。因為采用的是蘆竹，有著較小的切削力，那么就可以將一次切削成型的方法給應用過來。將刀具名稱和刀具參數命令輸入進來，加工刀具方面選擇的是球頭立銑刀，切削刃布滿了球頭上，圓弧連接圓周刃和球頭刃，可以徑向和軸向進給。在圓錐面、圓柱面以及球面上，采用這種銑刀可以將其作為主切削刀，在切削的過程中，不僅可以沿銑刀軸向做進給運動，也可以沿銑刀徑向做進給運動，并且往往在一點實現球頭和工件的接觸，數控機床控制著銑刀，可以對非常復雜的成型表面進行加工。我們在參數設置的相關對話框，在CATIA數控加工系統中輸入球頭立銑刀的各個參數，以便更加順利地開展數控加工。

三是數控程序的生成：在特征數中，對相應結點進行選擇，在彈出的快捷菜單中，對交互式生成數控程序命令進行選擇，系統彈出一個對話框，在數控數據格式下拉列表框中，對數控程序進行選擇。對數控程序卡進行選擇，在下拉列表框中，對一種程序格式進行選擇。在本對話框中，可以對數控程序的格式進行查看和修改。接著在對話框中，將一個程序號輸入進來。繼續下一步，就可以成功生成數控程序。在輸入數控銑床專用程序的時候，手工輸入以及電腦輸入兩種方式都是可行的。因為施工方式有著較大的工作量和較低的效率，容易有錯誤出現，因此，通常將電腦傳輸的方式給應用過來。

3 結語

通過該文的敘述分析我們可以得知，自由曲面較為復雜，有著較多的加工程序，設計和加工起來較為復雜。針對這種情況，就可以將CATIA給應用過來。采用數控加工技術，可以促使效率和質量得到顯著提升。相關的設計加工人員需要的不斷努力，積極學習先進技術，對CATIA的操作方法熟練掌握，更好的應用，以便提升自由曲面的設計和數控加工質量。

參考文獻

[1] 孫淼.基于CATIA的自由曲面的設計及數控加工[D].合肥工業大學，2009.

[2] 馬國翠，李雪靜.基于薩克斯哨片的不規則曲面加工研究[J].機械制造，2011，49（7）：666-668.

[3] 蒲太平.基于CATIAV5的圓柱齒輪虛擬加工研究[J].系統仿真學報，2008，20（16）：89-92.endprint