基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工研究

摘 要：随着时代的进步和社会经济的发展，特别是现代科技的进步，在各行各业中已经广泛应用自由曲面。在应用过程中，非常重要的一个问题就是如何对自由曲面进行精确高效的设计。如今出现了CAD系统和数控机床，解决了设计和制造问题。该文简要分析了基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：自由曲面 CATIA 数控加工

中图分类号：TH161.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0022-01

自由曲面一般较为复杂，有着较为繁琐的计算和较多的程序段。手工编程在实践过程中逐渐暴露出来了一系列的问题，那么就尽可能的将自动编程给应用过来。在自动编程的过程中，程序员结合零件图样和工艺要求，将相关的CAD/CAM软件给应用过来，借助于CAD模块实现建模，然后利用CAM模块产生刀具路径，数控程序由后置处理程序来产生，借助于软件向数控机床传输，这样自由曲面的加工就得到了完成。

1 基于CATIA的自由曲面的设计

CATIA是世界上一种主流的设计软件。它被广泛应用到各个领域，它的集成解决方案可以对所有的产品设计和制造领域进行覆盖，特有的电子样机模块和混合建模技术，可以在较大程度上提升企业竞争力和生产力。为了方便人们理解，我们以萨克斯哨片为例，进行了分析。

构建萨克斯哨片曲面模型：选择上拉菜单开始/形状的常规曲面设计命令，系统就会弹出相应的对话框。将需要创建的零件名称输入到零部件名称中，这样就进入到了零件设计平台。在点定义对话框中，定义一个在zx平面上相应坐标值的点；利用同样的方法，创建若干个点于zx平面上。创建一条样条曲线，保证可以通过上面所创建的点。将快速修剪工具应用过来，将条曲线的右端给修剪掉，然后将轴线给删除掉，将草图绘制工作台给退出去，就返回到了零件设计工作台中，在对话框中，对参考面进行构建。按照上述的步骤，将样条曲线创建于参考平面上，然后创建一个水平线，它的起点为样条曲线的左端点。将这种方法应用过来，对另外13个参考平面进行创建，并且将相应的样条曲线绘制于参考面上。在定义对话框中，有效结合样条曲线和直线。使用同样的方法，结合其他草图的样条曲线和直线，隐藏相应草图，就可以得到一组结合曲线。在多截面曲面定义对话框中，就可以有效创建多截曲面。

2 基于CATIA的自由曲面的数控加工

我们依然将萨克斯哨片应用过来，为了更好地对加工参数进行设置，就需要将上文所创建的哨片模型中不需要加工部分去除掉，只将需要加工的部分保留下来，依然下拉菜单，对加工命令进行选择，这样就进入到了曲面加工模块，在毛坯创建的对话框中，对目标零件进行选择，这样就成功创建了毛坯零件。

将毛坯零件激活，进入到零件设计模块，将一个相应坐标值的点创建于xy平面上，这样就可以对工作坐标系的原点和坐标更好的设置。完成创建之后，返回到曲面加工模块。

一是对加工要素进行设置：在零件操作对话框，对各项加工要素进行设置，如数控机床、参考坐标系、几何体等。在数控机床编辑器对话框中，对三轴联动机床进行选择。在参考坐标系定义对话框中，可以对本坐标系的名称进行设置，对对话框中的原点单击，对事前创建的一点进行选择，对对话框中的Z轴进行单击，系统就会弹出一个对话框，对手工指定法进行选择，设定Z轴，对对话框中的X轴进行单击，系统会弹出对话框，同样对手工指定法进行选择，设定X轴。

在几何参数设置方面，在加工目标零件选择方面，将目标零件加工命令输入进来，对特征数合理选择。其次是对毛坯模型进行选择，将毛坯零件名称输入进来，合理对特征数进行选择。将安全平面命令输入进来，对毛坯上表面进行选择，这样就合理设置了加工参数。

二是CATIA模拟加工：在插入位置方面，选择相关结点，将Sweeping Rough命令输入进来，系统就会弹出一个对话框。在对话框的加工区域感应区，对目标零件进行选择。选择之后，就会有加工零件的字样出现于零件上，完成选择之后，就会返回到对话框中。在对话框中，对加工区域上的偏置字样进行双击，将0.0毫米输入到弹出的数值框。因为采用的是芦竹，有着较小的切削力，那么就可以将一次切削成型的方法给应用过来。将刀具名称和刀具参数命令输入进来，加工刀具方面选择的是球头立铣刀，切削刃布满了球头上，圆弧连接圆周刃和球头刃，可以径向和轴向进给。在圆锥面、圆柱面以及球面上，采用这种铣刀可以将其作为主切削刀，在切削的过程中，不仅可以沿铣刀轴向做进给运动，也可以沿铣刀径向做进给运动，并且往往在一点实现球头和工件的接触，数控机床控制着铣刀，可以对非常复杂的成型表面进行加工。我们在参数设置的相关对话框，在CATIA数控加工系统中输入球头立铣刀的各个参数，以便更加顺利地开展数控加工。

三是数控程序的生成：在特征数中，对相应结点进行选择，在弹出的快捷菜单中，对交互式生成数控程序命令进行选择，系统弹出一个对话框，在数控数据格式下拉列表框中，对数控程序进行选择。对数控程序卡进行选择，在下拉列表框中，对一种程序格式进行选择。在本对话框中，可以对数控程序的格式进行查看和修改。接着在对话框中，将一个程序号输入进来。继续下一步，就可以成功生成数控程序。在输入数控铣床专用程序的时候，手工输入以及电脑输入两种方式都是可行的。因为施工方式有着较大的工作量和较低的效率，容易有错误出现，因此，通常将电脑传输的方式给应用过来。

3 结语

通过该文的叙述分析我们可以得知，自由曲面较为复杂，有着较多的加工程序，设计和加工起来较为复杂。针对这种情况，就可以将CATIA给应用过来。采用数控加工技术，可以促使效率和质量得到显著提升。相关的设计加工人员需要的不断努力，积极学习先进技术，对CATIA的操作方法熟练掌握，更好的应用，以便提升自由曲面的设计和数控加工质量。

参考文献

[1] 孙淼.基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工[D].合肥工业大学，2009.

[2] 马国翠，李雪静.基于萨克斯哨片的不规则曲面加工研究[J].机械制造，2011，49（7）：666-668.

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