主要論述了型腔零件的三維建模與數(shù)控仿真加工。利用catiav5的partdesign模塊實(shí)現(xiàn)了零件的三維造型，利用machining模塊實(shí)現(xiàn)了零件的數(shù)控仿真加工，生成走刀路徑，發(fā)現(xiàn)加工過程中的干涉和過切問題并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到要求后即可生成數(shù)控加工程序，從而提高生產(chǎn)效率，降低次品率。
catia工作站版本是航空航天工業(yè)上*zui高的cad/cam軟件。隨著新版本的catia個(gè)人計(jì)算機(jī)版本的推出，許多*的集團(tuán)都已開始采用新的catiav5。除傳統(tǒng)汽車、航空航天、造船工業(yè)外，如sony、sanyo等3c電子產(chǎn)業(yè)也廣泛地采用了catiav5。除了本身所提供的強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能外，catia還可以與產(chǎn)品生命周期管理相關(guān)軟件進(jìn)行集成。
1型腔零件的三維建模
1.1基于catiav5的建模方法
catiav5建模模塊是一個(gè)建模系統(tǒng)。它可以幫助工程師快速地進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過定義設(shè)計(jì)中不同部件之間的數(shù)學(xué)關(guān)系使用戶的要求與設(shè)計(jì)約束結(jié)合起來。在建模這一模塊里，包含有實(shí)體建模、特征建模、自由形式建模和用戶自定義特征等應(yīng)用模塊，各個(gè)模塊之間有各自的功能。其基本的建模方法包括體素法、掃描法、曲面建模、實(shí)體操作和形狀特征造型等。
圖1
1.2型腔零件的造型
一型腔零件的幾何形狀如圖1所示，整個(gè)零件體主要由底型腔零件板、腔體兩大部分組成。在catiav5的partdesign模塊下對其進(jìn)行三維建模。在這一過程中，綜合運(yùn)用了catiav5建模方法中的體素法、掃描法、曲面建模、實(shí)體操作和形狀特征造型等方法，完成這一型腔零件的三維建模。先用強(qiáng)大的造型功能將零件的底版和上半部的實(shí)體建立完后再對其曲面部分進(jìn)行建模。由于型腔的邊緣是由多個(gè)曲面組成，所以先應(yīng)用catia強(qiáng)大的曲面功能建立如圖2所示的曲面，然后進(jìn)入實(shí)體建模進(jìn)行簡單的拉伸就能得到如圖3所示的實(shí)體。catia可以方便地在各個(gè)模塊之間轉(zhuǎn)換對零件進(jìn)行操作。
2型腔零件的nc加工
2.1nc刀具軌跡生成方法
數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理生成數(shù)控加工程序。catia數(shù)控加工模塊用來定義和管理數(shù)控加工程序，使應(yīng)用三維線框或?qū)嶓w造型設(shè)計(jì)完成的零件，能用2.5～5軸的數(shù)控加工技術(shù)加工出來。它提供了便于應(yīng)用和便于學(xué)習(xí)的圖形界面，非常適合面向生產(chǎn)現(xiàn)場的情況下使用。此外，catia的技術(shù)，加之v5版本的技術(shù)方法與delmia（達(dá)索公司的一種制造過程規(guī)劃和模擬的軟件工具）的數(shù)字加工環(huán)境的緊密集成，可很好地滿足辦公室編程的需要。因此，catia數(shù)控加工是協(xié)調(diào)辦公室和生產(chǎn)現(xiàn)場制造活動(dòng)的很好地解決方法。
2.2nc編程的基本概念
nc編程是從零件圖到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀的刀位點(diǎn)（cl點(diǎn)）。刀位點(diǎn)一般取為刀具軸線與刀具表面的交點(diǎn)。多軸加工中還要給出刀軸矢量。
圖形交互自動(dòng)編程利用cad軟件的圖形編輯功能將零件的幾何形狀繪制到計(jì)算機(jī)上,生成圖形文件,然后調(diào)用數(shù)控編程模塊,采用人機(jī)交互的方法在計(jì)算機(jī)屏幕上被加工的部位,輸入相應(yīng)的加工參數(shù),計(jì)算機(jī)便可進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并自動(dòng)生成加工程序。
（1）基于特征的nc刀軌生成方法
參數(shù)化特征造型的發(fā)展促進(jìn)了基于特征的刀具軌跡生成方法研究。其基本原理是：零件的每個(gè)加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進(jìn)行加工的總和。那么整個(gè)形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的nc代碼可自動(dòng)生成。特征加工有利于實(shí)現(xiàn)cad、capp、ncp及cnc系統(tǒng)的全面集成，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)，為cms乃至并行工程（ce）奠定了良好的基礎(chǔ)。
（2）數(shù)控加工的幾種走刀模式
平面凸多邊形的走刀模式：平面凸多邊形輪廓的加工主要采用如圖4（a）所示的己形法和圖4（b）環(huán)形法。己形法走刀模式在確定走刀起始點(diǎn)和刀具運(yùn)動(dòng)方向后，刀具沿著方向在整個(gè)加工平面以平行軌跡線方式加工，相鄰軌跡間距離由刀具直徑確定。環(huán)形走刀模式是刀具沿加工件的周邊螺旋式地逐步向加工件中心運(yùn)動(dòng)，相鄰軌跡間距離由刀具直徑確定。
平面銑加工的切削方式：對于型腔加工主要采用行切法和環(huán)切法。行切法走刀模式是刀具沿著平行于選定方向的線段加工，當(dāng)加工到型腔邊界后，刀具可采用抬刀快速返回的斷續(xù)切削方式，也可以采用往復(fù)式連續(xù)切削的方式，對于型腔中的島嶼，須作抬刀處理；環(huán)切法走刀模式可分為inwardhelical和outwardhelical，分別如圖5和圖6所示。
2.3型腔零件的nc加工
catiav5能夠?qū)崿F(xiàn)零件的cad三維造型與cam仿真加工在同一軟件平臺(tái)進(jìn)行有效地解決了幾何造型、零件幾何過程的仿真顯示等問題。在modeling模塊下構(gòu)建的型腔零件的三維模型的cad文件直接轉(zhuǎn)入其manufacturing模塊下進(jìn)行cam加工即可。
（1）型腔零件的數(shù)控加工刀具軌跡的生成
刀具軌跡包括粗加工、精加工、殘料加工的軌跡。本文采用d=20mm、r=4mm平底銑刀進(jìn)行粗加工（如圖7）；采用d=12mm、r=0.4mm進(jìn)行曲面加工；采用d1=10mm、r1=0mm、d2=5mm、r2=0mm進(jìn)行型腔加工（如圖8）；然后采用d=2mm、r=0mm球頭銑刀進(jìn)行清根處理，生成刀具軌跡。
（2）檢驗(yàn)刀具路徑
catia*的模擬仿真功能，可以進(jìn)行三維真實(shí)感動(dòng)態(tài)仿真加工，如圖9，在仿真過程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工，我們可以直觀地掌握數(shù)控加工的過程，判斷刀具軌跡的連續(xù)性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀、撞刀等情況，以及刀位計(jì)算是否正確等。所以生成加工走刀路徑后，用catia軟件的刀具路線校驗(yàn)功能，可以很方便地檢查刀具路徑的正確與否。
（3）數(shù)控加工后置處理程序的生成
catia的程序輸出模式：交互式模式產(chǎn)生nc代碼；批處理模式產(chǎn)生apt源文件；批處理模式產(chǎn)生nc代碼；產(chǎn)生html格式的nc文件。
利用catia的后置處理器生成后置處理程序（nc代碼），限于篇幅，本文摘錄部分nc代碼如下:
3結(jié)語
本文通過對一個(gè)型腔零件的3d建模和nc加工，介紹了利用catia軟件cad/cam功能無縫結(jié)合的特點(diǎn)。一方面可以方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的多坐標(biāo)數(shù)控編程，生成、高精度的nc程序；另一方面，可以通過切削檢查來校驗(yàn)刀具軌跡的質(zhì)量，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)刀具與零件之間的過切和欠切。此外，通過虛擬加工過程仿真能夠提前發(fā)現(xiàn)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件及刀具之間的干涉和碰撞，迅速確定干涉碰撞發(fā)生的位置和相應(yīng)的nc程序段，便于對nc程序進(jìn)行修改，從而大大提高實(shí)際加工效率，進(jìn)而縮短生產(chǎn)周期。
（來源：萬方數(shù)據(jù)）