淺談基于CATIA編程的數(shù)控加工方法

何億

摘 要 本文主要論述CATIA編程的數(shù)控加工方法。

關(guān)鍵詞 CATIA編程；編程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Vericut仿真；數(shù)控加工

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0057-02

1 前期準(zhǔn)備

收集技術(shù)資料，收集齊全與加工有關(guān)的圖樣文件、技術(shù)狀態(tài)。進(jìn)行工藝分析，吃透與零件加工有關(guān)各項(xiàng)技術(shù)資料，進(jìn)行深入分析，分析越透徹，制定工藝方案越可靠、簡單、可執(zhí)行。

2 制定工藝方案

在現(xiàn)有條件下，讓加工在有利工況下進(jìn)行，若工況不利，則創(chuàng)造有利工況。

工序分開：工種不同工序分開；設(shè)備不同工序分開；粗、精銑工序分開；三軸、五軸工序分開；編程分開，粗、精銑編程分開；三軸、五軸編程分開。

原則上孔找正：大件必須孔找正，兩次以上翻面零件以孔及直角邊找正為主，小件允許直角邊找正，大件原點(diǎn)設(shè)置在長度方向上中間位置。

確定防差錯(cuò)措施：設(shè)置校刀孔，檢測刀長、刀具直徑。

設(shè)備選擇，五軸數(shù)控機(jī)床三種典型結(jié)構(gòu)：五軸雙擺頭、五軸擺臺+擺頭、五軸雙旋轉(zhuǎn)工作臺。五軸雙擺頭適合加工大型結(jié)構(gòu)件，例如壁板、框類；五軸擺臺+擺頭適合加工回轉(zhuǎn)體零件；五軸雙旋轉(zhuǎn)工作臺適合加工葉輪、葉片、系統(tǒng)件。見表1。

刀柄選擇，見表2。刀具選擇，粗加工選擇≥￠20刀具，精加工選擇≥￠12刀具，補(bǔ)銑轉(zhuǎn)角或殘余≥￠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；常用補(bǔ)銑轉(zhuǎn)角或殘余刀具￠12、￠10、￠8、￠6、￠ 4。≤￠40刀具影響加工效率，受機(jī)床剛性、主軸功率、扭矩限制；≤￠12刀具影響加工效率，受刀具剛性限制；同時(shí)控制刀具懸伸長徑比L/D≤4。刀具懸伸量參考。

3 數(shù)控編程

3.1 軟件版本

目前CATIA常用版本V5R17、V5R18、V5R19、V5R20……V5R24，低版本無法打開高版本數(shù)?；蚣庸ち鞒?，高版本可以打開低版本數(shù)模或加工流程，一旦高版本軟件保存低版本數(shù)?；蚣庸ち鞒?，無法退回低版本數(shù)模或加工流程；高版本數(shù)模另存為后綴.stp或.igs格式后采用低版本軟件可以打開，但原高版本數(shù)模中存儲的信息全部丟失。

版本升級后，由于軟件編程算法有更改，刀具路徑重新計(jì)算后原來不跳刀的地方現(xiàn)在可能跳刀；原來能夠計(jì)算的地方現(xiàn)在可能禁止計(jì)算；原來不過切的地方現(xiàn)在可能過切；原來不殘余的地方現(xiàn)在可能殘余。

軟件使用需要交流，人員范圍主要是日常一起工作的同事，頻繁升版，會帶來同事間交流不方便。軟件使用大部分時(shí)候加工同型號項(xiàng)目零件，版次不一致，會帶來許多隱患。CATIA版本高不代表編程技術(shù)水平高，版本不在高低，而在與生產(chǎn)現(xiàn)場結(jié)合的熟練程度，保持軟件版本穩(wěn)定尤為重要。

若數(shù)模容量大，另存為.stp格式后打開再保存、編程。例如數(shù)模XX-2403-1-1-1B.CATPart大小80.8M，另存為.stp格式后再保存容量僅13M，13/80.8=0.167，僅為原來1/6。

3.2 刀具軌跡

進(jìn)刀留有足夠銑削空間，利于進(jìn)退刀、排屑。若空間不足，可先用小刀銑開，再用大刀粗銑，多用于封閉槽腔或銳角轉(zhuǎn)角部位。推薦空間范圍不小于2倍刀具直徑。

刀具軌跡要求。刀具路徑光順，減少刀具變向，減少尖點(diǎn)，減少徑向、軸向跳刀，跳刀會留下印痕；沿長方向銑削，減少機(jī)床反復(fù)加減速，提高有效加工時(shí)間，例如沿機(jī)床直線軸方向，某直線方向，長輪廓方向；粗銑零件在毛坯正上方進(jìn)、退刀，不要側(cè)面進(jìn)、退刀，必要時(shí)設(shè)置假體干涉編程；粗、精銑軸向進(jìn)刀角度≤1°～3°；精銑側(cè)壁徑向按順銑、圓弧進(jìn)退刀，不要在側(cè)壁處橫向進(jìn)退刀、直下刀、停刀、頓刀（理論上尖點(diǎn)處實(shí)際進(jìn)給速度為0，容易啃傷零件）；精銑底面（含坡面）時(shí)軸向螺旋下刀或斜進(jìn)刀，圓弧進(jìn)退刀或斜進(jìn)退刀；行切采用雙向銑削，此時(shí)加工余量少，可減少空刀；精銑筋高，刀具底刃不過筋中心，防震；轉(zhuǎn)角圓弧處理，粗銑≥R1，精銑≥R0.3；轉(zhuǎn)角減速，比率0.02～0.8，轉(zhuǎn)角前提前距離3mm，轉(zhuǎn)角后距離1mm。

轉(zhuǎn)角數(shù)控加工到位，可合理利用轉(zhuǎn)角公差，采用成型刀、棒刀插銑或棒刀側(cè)銑。轉(zhuǎn)角處零件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；轉(zhuǎn)角余量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開闊區(qū)域，去轉(zhuǎn)角余量可考慮插銑，即鉆銑；刀具加工工況復(fù)雜，刀具加工軌跡變向；機(jī)床加工工況復(fù)雜，機(jī)床各軸擬合（合成）；轉(zhuǎn)角補(bǔ)加工耗時(shí)長、效率低；轉(zhuǎn)角粗糙度高，易啃傷，容易打刀。

閉角殘余數(shù)控加工到位，采用成型刀或鉛筆刀。長短刀分開，控制實(shí)際使用的刀具懸伸長徑比L/D≤4。長刀定軸。短刀定軸3+2或五軸聯(lián)動(dòng)。五軸聯(lián)動(dòng)，側(cè)刃切軸五軸聯(lián)動(dòng)；底刃法向五軸聯(lián)動(dòng)；介于二者之間，以底刃R角加工為主，實(shí)際是點(diǎn)位接觸。注意短刀也可定軸，五軸聯(lián)動(dòng)最小步進(jìn)距離1.5～5；最小離散角度0.5°～1°。

精加工編程不留余量（零對零）。當(dāng)遇到任一以下情況時(shí)，同一刀具二次進(jìn)刀加工同一部位；不同刀具進(jìn)刀加工同一部位；刀具懸伸較長，懸伸長徑比L/D≥4，必須留余量0.02～0.1。二次進(jìn)刀實(shí)際是重復(fù)定位，不同刀具實(shí)際是刀具制造誤差，長短刀除刀具制造誤差外實(shí)際是刀具跳刀不一致。

底刃加工為主，切寬Ae（注：D為刀具直徑，R為刀具底角）。粗銑，按公式Ae=（0.8～0.9）D。精銑0.5d，按公式Ae=0.5d=0.5（D-2R）。行切0.3～0.5～1。

程編加工公差，粗銑設(shè)置為0.1～0.3；精銑設(shè)置為0.01～0.02，局部0.001。

提高CATIA編程主要方法是多做輔助線、面。原理：CAM軟件產(chǎn)生刀路軌跡是通過點(diǎn)、線、面的驅(qū)動(dòng)計(jì)算的。點(diǎn)一般用于制孔，此處不做討論。線分為空間曲線、平面曲線、直線。面分為空間曲面、平面；大曲面、小曲面。同等情況下，直線比曲線驅(qū)動(dòng)計(jì)算速度快；平面曲線比空間曲線計(jì)算速度快；小曲面比大曲面計(jì)算速度快；平面比曲面驅(qū)動(dòng)計(jì)算速度快。直線是曲線的一種特殊形式，包含的數(shù)據(jù)較少；平面曲線是空間曲線的一種特殊形式，包含的數(shù)據(jù)較少；平面是曲面的一種特殊形式，包含的數(shù)據(jù)較少。同時(shí)輔助線制作注意條理，分門別類，曲面、投影線、刀軸分開，以減少干擾項(xiàng)，減少額外垃圾輔助線線，使用方便，不影響其他操作。

4 后置處理軟件

后置處理是將CAM軟件生成的刀位軌跡文件（前置APT文件）轉(zhuǎn)化為能用于數(shù)控加工的NC程序（后置G代碼文件）。它涉及機(jī)床坐標(biāo)系變換、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等內(nèi)容。主要包括3個(gè)方面：1）數(shù)控系統(tǒng)控制指令的輸出：機(jī)床類型、機(jī)床定位、插補(bǔ)、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、暫停、冷卻、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、程序頭尾輸出。2）格式轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理。3）算法處理：五軸坐標(biāo)變換、跨象限處理、進(jìn)給速度控制。

優(yōu)質(zhì)后置處理軟件會讓數(shù)控加工事半功倍。

5 仿真

五坐標(biāo)加工，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，刀軸矢量變化頻繁，加工進(jìn)給速度快，因此數(shù)控程序的校對非常重要。由于五軸聯(lián)動(dòng)切削程序數(shù)據(jù)量大，僅通過CAM軟件進(jìn)行模擬難以有效檢查數(shù)控程序是否正確。采用VERICUT軟件仿真，該軟件是應(yīng)用于數(shù)控編程仿真最廣泛的軟件之一。

仿真目的：驗(yàn)證加工程序是否過切、殘余、碰撞、干涉，切削參數(shù)是否合理，反饋后再通過CAM軟件程編完善NC程序。仿真必須有效，涉及7個(gè)方面：G代碼仿真、仿真公差設(shè)置、刃長設(shè)置、縮頸設(shè)置、刀柄設(shè)置、報(bào)警報(bào)錯(cuò)設(shè)置、刷新設(shè)置。

G代碼仿真，G代碼是機(jī)床加工能夠識別的代碼語言，G代碼仿真最接近實(shí)際加工；而不得采用APT文件仿真。同時(shí)仿真軟件控制系統(tǒng)與實(shí)際機(jī)床控制系統(tǒng)保持一致。對于復(fù)雜零件還應(yīng)該進(jìn)行機(jī)床實(shí)體仿真（包含G代碼仿真），否則仿真依然會失真。

仿真公差設(shè)置，理論上仿真時(shí)公差越小，仿真結(jié)果越準(zhǔn)確，但如果零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸巨大。例如某壁板數(shù)模，零件尺寸14 000×1 500×80mm，NC程序文件大小60M，仿真時(shí)對電腦配置要求高，仿真切削公差取1-2比較合理，同時(shí)還可以有效提高仿真效率；若切削公差取值太大（例如5～10）則許多過切對比不出來，仿真結(jié)果沒有意義，仿真失效；若切削公差取值太小（例如0.1～0.3）軟件會提示內(nèi)存不夠，無法進(jìn)行對比，同樣仿真失效。

仿真刀具設(shè)置成縮徑，縮徑后直徑太小了，許多碰撞無法發(fā)現(xiàn)，縮徑后直徑與名義直徑過于接近，正常的切削不是碰撞也會被軟件判定為碰撞，嚴(yán)重影響仿真效率。例如Φ20立銑刀，縮徑宜設(shè)為Φ19.5～Φ19.7。

6 工藝文件編制

工藝文件編制對這個(gè)工藝準(zhǔn)備過程進(jìn)行整理，形成整套能夠用于生產(chǎn)的指導(dǎo)文件。

7 結(jié)論

數(shù)控加工是從收到技術(shù)資料開始至零件交付結(jié)束。具體：工藝準(zhǔn)備—數(shù)控加工—鉗工打磨—檢驗(yàn)檢查—零件交付。工藝準(zhǔn)備涉及，明確技術(shù)要求—工藝分析—制定工藝方案—CAM軟件編程—后置處理—仿真—編制工藝文件。數(shù)控方法必須適應(yīng)工廠實(shí)際，精益求精，才會創(chuàng)造效益。

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