復(fù)雜型腔數(shù)控加工在CATIA中的應(yīng)用

摘要：本文圍繞仿真技術(shù)的幾何基礎(chǔ)算法，對(duì)材料去除過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)研究具有復(fù)雜型腔及直壁特征的混合體進(jìn)行數(shù)控加工方法的仿真應(yīng)用，包括走刀路線的設(shè)計(jì)，加工工序的設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 仿真 CATIA 走刀路線

數(shù)控加工仿真作為仿真技術(shù)的研究領(lǐng)域之一，是CAD/CAM集成系統(tǒng)的重要組成部分。它為驗(yàn)證數(shù)控程序的可靠性，預(yù)測(cè)切削過(guò)程提供了強(qiáng)有力的工具。數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究對(duì)于發(fā)展并行工程和虛擬制造技術(shù)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文提出一種新穎的基于CATIA的復(fù)雜型腔加工方法仿真應(yīng)用方法，對(duì)復(fù)雜型腔及直壁特征的混合體的數(shù)控加工工藝進(jìn)行仿真，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。

1 復(fù)雜型腔三維造型快速成圖

復(fù)雜型腔當(dāng)中必然會(huì)出現(xiàn)曲面，而曲面是進(jìn)行數(shù)控編程的前提，一個(gè)具有良好的數(shù)控加工表面，取決于曲面造型方法的選取和幾何造型方面的理論和經(jīng)驗(yàn)，而曲面光順是曲面造型的一個(gè)非常重要的步驟。本文例舉了如圖1所示的三種復(fù)雜型腔的三維造型。

2 復(fù)雜型腔數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝基本相同，在設(shè)計(jì)零件的數(shù)控加工工藝時(shí)，首先要遵循普通加工工藝的基本原則與方法，同時(shí)還需要考慮數(shù)控加工本身的特點(diǎn)和零件編程的要求，設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)步驟：

①分析零件圖樣，確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容及技術(shù)要求。

②確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線，確定工序劃分及加工順序的安排。

③數(shù)控加工程序的調(diào)整，對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選取，確定刀具補(bǔ)償和刀具軌跡。

④進(jìn)行仿真調(diào)試。

3 數(shù)控加工參數(shù)的設(shè)計(jì)

走刀路線的選擇

在數(shù)控加工中，刀具（嚴(yán)格地說(shuō)是刀位點(diǎn)）相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向稱(chēng)為加工路線，即刀具從刀位點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，至結(jié)束加工程序所經(jīng)歷的路徑，包括切削加工的路線及刀具引入、返回等非切削空行程，走刀路線是刀具在整個(gè)加工工序中相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，它不但包括工序的內(nèi)容，而且也反應(yīng)出工序的順序，確定加工路線時(shí)，首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次進(jìn)行數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，走刀路線盡量短、效率較高等問(wèn)題。

3.1 確定走刀路線應(yīng)考慮的問(wèn)題

①對(duì)點(diǎn)位加工的數(shù)控機(jī)床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走到路線最短，減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率。

②應(yīng)保證零件的加工精度和表面粗糙度要求

對(duì)于敞開(kāi)的曲面加工，可采用兩種走刀路線。第一種，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過(guò)程符合直紋面的形成，以保證母線的直線度。第二種，進(jìn)行多次走刀路線，便于加工后檢驗(yàn)，曲面的準(zhǔn)確度較高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開(kāi)的，沒(méi)有其他表面限制，所以邊界曲面可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。

3.2 對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選擇

在加工時(shí)，工件在機(jī)床加工尺寸范圍內(nèi)任意安裝，確定了工件在機(jī)床坐標(biāo)系中的確切位置，就能正確執(zhí)行加工程序。確定了對(duì)刀點(diǎn)的位置，也就確定了機(jī)床坐標(biāo)系和零件坐標(biāo)系之間的相互位置關(guān)系。工件在機(jī)床上定位裝夾后，將對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置在工件坐標(biāo)系中，對(duì)于數(shù)控機(jī)床、加工中心等多刀具加工的數(shù)控機(jī)床，在加工過(guò)程中需要進(jìn)行換刀，所以在編程時(shí)應(yīng)考慮不同工序之間的換刀位置。換刀點(diǎn)應(yīng)選擇在工件的外部，避免換刀時(shí)刀具與工件及夾具發(fā)生碰撞，以免損壞刀具或工件。

4 復(fù)雜型腔及直壁特征的混合體數(shù)控加工仿真

以上述技術(shù)路線完成圖2所示的數(shù)控加工工藝仿真。

復(fù)雜型腔的銑削加工

5 結(jié)束語(yǔ)

采用計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)來(lái)模擬實(shí)際的數(shù)控加工環(huán)境，并對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行仿真分析，可以幫助設(shè)計(jì)人員在實(shí)驗(yàn)室就可以檢查制造中的問(wèn)題，部分或者完全取消試切環(huán)節(jié)，從而減少設(shè)計(jì)和制造周期及費(fèi)用。利用仿真還可以檢查數(shù)控加工中出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)，如存在于刀具與工件、夾具、工作臺(tái)之間的碰撞、干涉和過(guò)切現(xiàn)象，甚至檢查工件裝卡的不合理及加工參數(shù)的不合理等問(wèn)題，減輕了數(shù)控編程和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王永章，杜君文，程國(guó)全主編.數(shù)控技術(shù).北京：高等教育出版社，2001.

[2]謝龍漢，單巖，周超明主編.CATIA V5零件設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]魯金忠，羅開(kāi)玉，盧章平主編.CATIA機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用教程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]詹才浩主編.CATIA V5數(shù)控加工教程.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室主編.機(jī)械制圖.第五版.北京：高等教育出版社，2003.

[6]謝龍漢主編.CATIA V5數(shù)控加工應(yīng)用實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文