浅谈基于CATIA编程的数控加工方法

摘 要 本文主要论述CATIA编程的数控加工方法。

关键词 CATIA编程；编程拓扑结构；Vericut仿真；数控加工

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）06-0057-02

1 前期准备

收集技术资料，收集齐全与加工有关的图样文件、技术状态。进行工艺分析，吃透与零件加工有关各项技术资料，进行深入分析，分析越透彻，制定工艺方案越可靠、简单、可执行。

2 制定工艺方案

在现有条件下，让加工在有利工况下进行，若工况不利，则创造有利工况。

工序分开：工种不同工序分开；设备不同工序分开；粗、精铣工序分开；三轴、五轴工序分开；编程分开，粗、精铣编程分开；三轴、五轴编程分开。

原则上孔找正：大件必须孔找正，两次以上翻面零件以孔及直角边找正为主，小件允许直角边找正，大件原点设置在长度方向上中间位置。

确定防差错措施：设置校刀孔，检测刀长、刀具直径。

设备选择，五轴数控机床三种典型结构：五轴双摆头、五轴摆台+摆头、五轴双旋转工作台。五轴双摆头适合加工大型结构件，例如壁板、框类；五轴摆台+摆头适合加工回转体零件；五轴双旋转工作台适合加工叶轮、叶片、系统件。见表1。

刀柄选择，见表2。刀具选择，粗加工选择≥￠20刀具，精加工选择≥￠12刀具，补铣转角或残余≥￠4。常用粗加工刀具￠50、￠40、￠32、￠25、￠20；常用精加工刀具￠32、￠25、￠20、￠16、￠12；常用补铣转角或残余刀具￠12、￠10、￠8、￠6、￠ 4。≤￠40刀具影响加工效率，受机床刚性、主轴功率、扭矩限制；≤￠12刀具影响加工效率，受刀具刚性限制；同时控制刀具悬伸长径比L/D≤4。刀具悬伸量参考。

3 数控编程

3.1 软件版本

目前CATIA常用版本V5R17、V5R18、V5R19、V5R20……V5R24，低版本无法打开高版本数模或加工流程，高版本可以打开低版本数模或加工流程，一旦高版本软件保存低版本数模或加工流程，无法退回低版本数模或加工流程；高版本数模另存为后缀.stp或.igs格式后采用低版本软件可以打开，但原高版本数模中存储的信息全部丢失。

版本升级后，由于软件编程算法有更改，刀具路径重新计算后原来不跳刀的地方现在可能跳刀；原来能够计算的地方现在可能禁止计算；原来不过切的地方现在可能过切；原来不残余的地方现在可能残余。

软件使用需要交流，人员范围主要是日常一起工作的同事，频繁升版，会带来同事间交流不方便。软件使用大部分时候加工同型号项目零件，版次不一致，会带来许多隐患。CATIA版本高不代表编程技术水平高，版本不在高低，而在与生产现场结合的熟练程度，保持软件版本稳定尤为重要。

若数模容量大，另存为.stp格式后打开再保存、编程。例如数模XX-2403-1-1-1B.CATPart大小80.8M，另存为.stp格式后再保存容量仅13M，13/80.8=0.167，仅为原来1/6。

3.2 刀具轨迹

进刀留有足够铣削空间，利于进退刀、排屑。若空间不足，可先用小刀铣开，再用大刀粗铣，多用于封闭槽腔或锐角转角部位。推荐空间范围不小于2倍刀具直径。

刀具轨迹要求。刀具路径光顺，减少刀具变向，减少尖点，减少径向、轴向跳刀，跳刀会留下印痕；沿长方向铣削，减少机床反复加减速，提高有效加工时间，例如沿机床直线轴方向，某直线方向，长轮廓方向；粗铣零件在毛坯正上方进、退刀，不要侧面进、退刀，必要时设置假体干涉编程；粗、精铣轴向进刀角度≤1°～3°；精铣侧壁径向按顺铣、圆弧进退刀，不要在侧壁处横向进退刀、直下刀、停刀、顿刀（理论上尖点处实际进给速度为0，容易啃伤零件）；精铣底面（含坡面）时轴向螺旋下刀或斜进刀，圆弧进退刀或斜进退刀；行切采用双向铣削，此时加工余量少，可减少空刀；精铣筋高，刀具底刃不过筋中心，防震；转角圆弧处理，粗铣≥R1，精铣≥R0.3；转角减速，比率0.02～0.8，转角前提前距离3mm，转角后距离1mm。

转角数控加工到位，可合理利用转角公差，采用成型刀、棒刀插铣或棒刀侧铣。转角处零件结构相对复杂；转角余量远远大于开阔区域，去转角余量可考虑插铣，即钻铣；刀具加工工况复杂，刀具加工轨迹变向；机床加工工况复杂，机床各轴拟合（合成）；D角补加工耗时长、效率低；转角粗糙度高，易啃伤，容易打刀。

闭角残余数控加工到位，采用成型刀或铅笔刀。长短刀分开，控制实际使用的刀具悬伸长径比L/D≤4。长刀定轴。短刀定轴3+2或五轴联动。五轴联动，侧刃切轴五轴联动；底刃法向五轴联动；介于二者之间，以底刃R角加工为主，实际是点位接触。注意短刀也可定轴，五轴联动最小步进距离1.5～5；最小离散角度0.5°～1°。

精加工编程不留余量（零对零）。当遇到任一以下情况时，同一刀具二次进刀加工同一部位；不同刀具进刀加工同一部位；刀具悬伸较长，悬伸长径比L/D≥4，必须留余量0.02～0.1。二次进刀实际是重复定位，不同刀具实际是刀具制造误差，长短刀除刀具制造误差外实际是刀具跳刀不一致。

底刃加工为主，切宽Ae（注：D为刀具直径，R为刀具底角）。粗铣，按公式Ae=（0.8～0.9）D。精铣0.5d，按公式Ae=0.5d=0.5（D-2R）。行切0.3～0.5～1。

程编加工公差，粗铣设置为0.1～0.3；精铣设置为0.01～0.02，局部0.001。

提高CATIA编程主要方法是多做辅助线、面。原理：CAM软件产生刀路轨迹是通过点、线、面的驱动计算的。点一般用于制孔，此处不做讨论。线分为空间曲线、平面曲线、直线。面分为空间曲面、平面；大曲面、小曲面。同等情况下，直线比曲线驱动计算速度快；平面曲线比空间曲线计算速度快；小曲面比大曲面计算速度快；平面比曲面驱动计算速度快。直线是曲线的一种特殊形式，包含的数据较少；平面曲是空间曲线的一种特殊形式，包含的数据较少；平面是曲面的一种特殊形式，包含的数据较少。同时辅助线制作注意条理，分门别类，曲面、投影线、刀轴分开，以减少干扰项，减少额外垃圾辅助线线，使用方便，不影响其他操作。

4 后置处理软件

后置处理是将CAM软件生成的刀位轨迹文件（前置APT文件）转化为能用于数控加工的NC程序（后置G代码文件）。它涉及机床坐标系变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等内容。主要包括3个方面：1）数控系统控制指令的输出：机床类型、机床定位、插补、主轴转速、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出。2）格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理。3）算法处理：五轴坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。

优质后置处理软件会让数控加工事半功倍。

5 仿真

五坐标加工，刀具运动轨迹复杂，刀轴矢量变化频繁，加工进给速度快，因此数控程序的校对非常重要。由于五轴联动切削程序数据量大，仅通过CAM软件进行模拟难以有效检查数控程序是否正确。采用VERICUT软件仿真，该软件是应用于数控编程仿真最广泛的软件之一。

仿真目的：验证加工程序是否过切、残余、碰撞、干涉，切削参数是否合理，反馈后再通过CAM软件程编完善NC程序。仿真必须有效，涉及7个方面：G代码仿真、仿真公差设置、刃长设置、缩颈设置、刀柄设置、报警报错设置、刷新设置。

G代码仿真，G代码是机床加工能够识别的代码语言，G代码仿真最接近实际加工；而不得采用APT文件仿真。同时仿真软件控制系统与实际机床控制系统保持一致。对于复杂零件还应该进行机床实体仿真（包含G代码仿真），否则仿真依然会失真。

仿真公差设置，理论上仿真时公差越小，仿真结果越准确，但如果零件结构复杂、尺寸巨大。例如某壁板数模，零件尺寸14 000×1 500×80mm，NC程序文件大小60M，仿真时对电脑配置要求高，仿真切削公差取1-2比较合理，同时还可以有效提高仿真效率；若切削公差取值太大（例如5～10）则许多过切对比不出来，仿真结果没有意义，仿真失效；若切削公差取值太小（例如0.1～0.3）软件会提示内存不够，无法进行对比，同样仿真失效。

仿真刀具设置成缩径，缩径后直径太小了，许多碰撞无法发现，缩径后直径与名义直径过于接近，正常的切削不是碰撞也会被软件判定为碰撞，严重影响仿真效率。例如Φ20立铣刀，缩径宜设为Φ19.5～Φ19.7。

6 工艺文件编制

工艺文件编制对这个工艺准备过程进行整理，形成整套能够用于生产的指导文件。

7 结论

数控加工是从收到技术资料开始至零件交付结束。具体：工艺准备―数控加工―钳工打磨―检验检查―零件交付。工艺准备涉及，明确技术要求―工艺分析―制定工艺方案―CAM软件编程―后置处理―仿真―编制工艺文件。数控方法必须适应工厂实际，精益求精，才会创造效益。

参考文献

[1]陆启建.高速切削与五轴联动加工技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]何宁.高速切削技术[M].上海：上海科学技术出版社，2012.

[3]詹熙达.CATIA数控加工教程（修订版）[M].北京：机械工业出版社，2013.

[4]杨胜群.VERICUT数控加工仿真技术[M].2版.北京：清华大学出版社，2010.