主要論述了型腔零件的三維建模與數控仿真加工。利用catiav5的partdesign模塊實現了零件的三維造型，利用machining模塊實現了零件的數控仿真加工，生成走刀路徑，發(fā)現加工過程中的干涉和過切問題并及時進行調整，達到要求后即可生成數控加工程序，從而提高生產效率，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個人計算機版本的推出，許多*的集團都已開始采用新的catiav5。除傳統汽車、航空航天、造船工業(yè)外，如sony、sanyo等3c電子產業(yè)也廣泛地采用了catiav5。除了本身所提供的強大設計功能外，catia還可以與產品生命周期管理相關軟件進行集成。
1型腔零件的三維建模
1.1基于catiav5的建模方法
catiav5建模模塊是一個建模系統。它可以幫助工程師快速地進行概念設計和詳細設計。通過定義設計中不同部件之間的數學關系使用戶的要求與設計約束結合起來。在建模這一模塊里，包含有實體建模、特征建模、自由形式建模和用戶自定義特征等應用模塊，各個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模塊下對其進行三維建模。在這一過程中，綜合運用了catiav5建模方法中的體素法、掃描法、曲面建模、實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。先用強大的造型功能將零件的底版和上半部的實體建立完后再對其曲面部分進行建模。由于型腔的邊緣是由多個曲面組成，所以先應用catia強大的曲面功能建立如圖2所示的曲面，然后進入實體建模進行簡單的拉伸就能得到如圖3所示的實體。catia可以方便地在各個模塊之間轉換對零件進行操作。
2型腔零件的nc加工
2.1nc刀具軌跡生成方法
數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，經后置處理生成數控加工程序。catia數控加工模塊用來定義和管理數控加工程序，使應用三維線框或實體造型設計完成的零件，能用2.5～5軸的數控加工技術加工出來。它提供了便于應用和便于學習的圖形界面，非常適合面向生產現場的情況下使用。此外，catia的技術，加之v5版本的技術方法與delmia（達索公司的一種制造過程規(guī)劃和模擬的軟件工具）的數字加工環(huán)境的緊密集成，可很好地滿足辦公室編程的需要。因此，catia數控加工是協調辦公室和生產現場制造活動的很好地解決方法。
2.2nc編程的基本概念
nc編程是從零件圖到獲得數控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀的刀位點（cl點）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點。多軸加工中還要給出刀軸矢量。
圖形交互自動編程利用cad軟件的圖形編輯功能將零件的幾何形狀繪制到計算機上,生成圖形文件,然后調用數控編程模塊,采用人機交互的方法在計算機屏幕上被加工的部位,輸入相應的加工參數,計算機便可進行必要的數學處理并自動生成加工程序。
（1）基于特征的nc刀軌生成方法
參數化特征造型的發(fā)展促進了基于特征的刀具軌跡生成方法研究。其基本原理是：零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進行加工的總和。那么整個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代碼可自動生成。特征加工有利于實現cad、capp、ncp及cnc系統的全面集成，實現信息的雙向流動，為cms乃至并行工程（ce）奠定了良好的基礎。
（2）數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和刀具運動方向后，刀具沿著方向在整個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動，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能夠實現零件的cad三維造型與cam仿真加工在同一軟件平臺進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模塊下構建的型腔零件的三維模型的cad文件直接轉入其manufacturing模塊下進行cam加工即可。
（1）型腔零件的數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平底銑刀進行粗加工（如圖7）；采用d=12mm、r=0.4mm進行曲面加工；采用d1=10mm、r1=0mm、d2=5mm、r2=0mm進行型腔加工（如圖8）；然后采用d=2mm、r=0mm球頭銑刀進行清根處理，生成刀具軌跡。
（2）檢驗刀具路徑
catia*的模擬仿真功能，可以進行三維真實感動態(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行動態(tài)加工，我們可以直觀地掌握數控加工的過程，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功能，可以很方便地檢查刀具路徑的正確與否。
（3）數控加工后置處理程序的生成
catia的程序輸出模式：交互式模式產生nc代碼；批處理模式產生apt源文件；批處理模式產生nc代碼；產生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結語
本文通過對一個型腔零件的3d建模和nc加工，介紹了利用catia軟件cad/cam功能無縫結合的特點。一方面可以方便地實現復雜形狀零件的多坐標數控編程，生成、高精度的nc程序；另一方面，可以通過切削檢查來校驗刀具軌跡的質量，及時地發(fā)現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)現機床各運動部件及刀具之間的干涉和碰撞，迅速確定干涉碰撞發(fā)生的位置和相應的nc程序段，便于對nc程序進行修改，從而大大提高實際加工效率，進而縮短生產周期。
（來源：萬方數據）