基于CATIA的自由曲面的設計及數控加工

王錦　董強

摘 要：隨著科技的發展和社會的進步，自由曲面在各行各業中的應用日漸廣泛，在應用自由曲面的過程中，如何進行自由曲面的精確設計至關重要。CAD技術和數控機床的發展對于自由曲面的設計和加工有著重要的作用。基于以上，本文分別研究了基于CATIA的自由曲面設計和自由曲面數控加工，旨在為自由曲面的相關應用實踐提供參考。

關鍵詞：CATIA；自由曲面；設計；數控加工

0前言

自由曲面設計相對復雜，涉及到繁瑣的計算和眾多程序段，在自由曲面誰和數控加工過程中，手工編程的局限性逐漸凸現出來，如何合理的應用自動變成至關重要。借助CAD模塊進行建模，之后利用CAM模塊來產生刀具路徑，后置處理程序產生數控程序，之后借助軟件傳輸到數控機床中，這就實現了自由曲面的自動化設計和數控加工。基于以上，本文簡要研究了基于CATIA的自由曲面設計及數控加工。

1基于CATIA的自由曲面設計

CATIA是一種設計軟件，其在各個領域都有著重要的應用，CATIA的集成解決方案對于產品的設計和制造有著重要的意義，其特有的混合建模技術和電子樣機模塊能夠較大程度提升企業競爭力和生產力，下面以薩克斯哨片為例來簡要分析基于CATIA的自由曲面設計。

如圖1所示，在薩克斯哨片曲面中，A-A側面圖左上端為直線，B-B斷面圖則看到一段弧線，而C-C斷面圖的弧線則更加明顯。首先對薩克斯哨片的模型進行構建，選擇菜單開始/形狀的常規曲面設計，系統會彈出對話框，將創建的零件名稱輸入到零部件名稱欄中，之后進入到設計平臺[1]。在點定義對話框中進行zx平面坐標值點的定義，利用相同方法在zx平面上創建若干個點，在zx面上創建一條能夠通過所有點的曲線。應用快速修剪工具來講曲線的右端剪掉，刪除軸線，退出草圖繪制工作臺，返回零件設計工作臺中，在對話框中構建參考面。按照上述步驟在參考面上繪制曲線，結合曲線和直線在定義對話框中進行定義，之后對相應的草圖進行隱藏，這樣就能夠得到一組結合曲線，之后就可以在多截面曲面定義對話框中創建多截曲面，從而完成基于CATIA的自由曲面設計。

2基于CATIA的自由曲面數控加工

同樣以薩克斯哨片為例，上文中創建了哨片的模型，將其中不需要進行加工的部分進行去除，保留加工部分，以此來更好的設置參數，選擇加工命令，進入曲面加工模塊，在創建毛坯對話框中選擇目標零件，從而實現對毛坯零件的創建。之后將所創建的毛坯零件激活，進入零件設計模塊，在zx平面上創建相應坐標值點，設置坐標系的坐標和原點，在創建完成之后返回到曲面加工模塊中。

2.1設置加工要素

各項加工要素的設置主要在零件操作對話框中完成，主要的加工參數主要有數控機床、幾何體以及參考坐標系等。①數控機床設置：在數控機床編輯器對話框中選擇三軸聯動機床；②參考坐標系設置：在參考坐標系定義對話框中設置坐標系的名稱，單機原點，選擇之前創建的一個點，單機對話框中的z軸，系統會另外彈出一個對話框，選擇手工指定法，對z軸進行設定，單機x軸，會彈出一個另外的對話框，在此對話框中也選擇手工指定法，從而完成對x軸的設定[2]；③幾何參數設置：首先是對加工目標零件的選擇，輸入另加加工命令，合理的對特征數進行選擇，第二是選擇毛坯模型，輸入毛坯零件名稱，合理的選擇特征數，輸入安全平面命令，在毛坯上表面進行特征數選擇，以此來完成加工幾何參數的合理設置。

2.2CATIA模擬加工

對于插入位置來說，首先對相關的結點進行選擇，在系統中輸入SweepingRough命令之后會彈出對話框，在彈出對話框的加工區域感應區來選擇目標另加，此時在凌建生會呈現加工零件字樣，之后返回對話框。雙擊對話框中的加工區域，會彈出一個數值框，在數值框中輸入0.0毫米，薩克斯哨片采用的加工材料一般為蘆竹，其切削力較小，因此可以應用一次切削成形的方法。

2.3生成數控程序

在特征數中選擇相應結點，在彈出的快捷菜單中選擇交互式生成數控程序命令，此時系統中會自動彈出對話框，以數控數據格式為基礎，進行列表框的下拉動作，選擇數控程序卡和數控程序格式，同時可以查看和修改數控程序。之后，將程序號輸入到對話框中，即可以實現數控程序的成功生成。對于數控銑床專用程序的輸入來說，可以選擇電腦輸入和手工輸入兩種方式，這兩種方式都是可行的[3]。但需要注意的是，不同的輸入方式在工作量以及工作效率上都有著一定的差異性，相較于手工輸入來說，電腦輸入方式的工作量較小，工作效率較高，因此通常選用電腦輸入的方式來進行數控銑床專用程序的輸入。

2.4工件數控加工

在工件裝夾之后，將數控銑床系統打開，快按“編輯/程式選擇”兩次，之后進入到選擇程序的模式中，實現對檔案目錄頁的顯示。將游標移動到要選擇的程序中，按“輸入鍵”，以此來選擇需要傳輸進來的數控程序，之后按“重置”鍵，將程序進行重置處理，緊接著按“啟動”鍵，此時完成數控程序的啟動，數控系統會根據數控程序的具體設定來進行工件的數控加工，直到數控加工完成為止。

2.5分析加工結果

通過上述步驟之后，可以通過數控加工來加工出薩克斯哨片工件，數控加工出的哨片有著精度高的特點，有效保證了哨片發音通順振動的一致性，從而保證了吹奏過程中音色以及音質的純正性和優美。相較于傳統加工方法而言，通過CATIA設計制造的薩克斯哨片不僅質量穩定，同時能夠滿足薩克斯管和單簧管對于哨片的音質要求和音色要求。由此可見，基于CATIA的自由全面設計及數控監工技術是可行的，加工出的自由曲面產品不僅精度較高、尺寸一致，同時生產效率較高，制造周期較多。

3結論

自由曲面設計相對復雜，涉及到繁瑣的計算和眾多程序段，傳統的手工編程已經不能滿足自由曲面的設計要求和加工要求。本文簡要研究了基于CATIA的自由曲面設計和數控加工，以薩克斯哨片為例，探討了具體的設計過程和數控加工流程，旨在為相關自由曲面的設計和加工實踐提供參考，從而更好的促進自由曲面設計技術及加工技術的發展。

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]任小萍.基于CATIA的自由曲面的設計及數控加工研究[J].科技創新導報，2014，v.11；No.32436：22.

[3]邵志香.面向自由曲面數控加工的適應性實時仿真關鍵技術研究[D].中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2012.

（作者單位：中航飛機漢中航空零組件制造有限公司）