王錦　董強(qiáng)

摘 要：隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，自由曲面在各行各業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛，在應(yīng)用自由曲面的過程中，如何進(jìn)行自由曲面的精確設(shè)計至關(guān)重要。CAD技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展對于自由曲面的設(shè)計和加工有著重要的作用?；谝陨?，本文分別研究了基于CATIA的自由曲面設(shè)計和自由曲面數(shù)控加工，旨在為自由曲面的相關(guān)應(yīng)用實踐提供參考。

關(guān)鍵詞：CATIA；自由曲面；設(shè)計；數(shù)控加工

0前言

自由曲面設(shè)計相對復(fù)雜，涉及到繁瑣的計算和眾多程序段，在自由曲面誰和數(shù)控加工過程中，手工編程的局限性逐漸凸現(xiàn)出來，如何合理的應(yīng)用自動變成至關(guān)重要。借助CAD模塊進(jìn)行建模，之后利用CAM模塊來產(chǎn)生刀具路徑，后置處理程序產(chǎn)生數(shù)控程序，之后借助軟件傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床中，這就實現(xiàn)了自由曲面的自動化設(shè)計和數(shù)控加工?；谝陨希疚暮喴芯苛嘶贑ATIA的自由曲面設(shè)計及數(shù)控加工。

1基于CATIA的自由曲面設(shè)計

CATIA是一種設(shè)計軟件，其在各個領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用，CATIA的集成解決方案對于產(chǎn)品的設(shè)計和制造有著重要的意義，其特有的混合建模技術(shù)和電子樣機(jī)模塊能夠較大程度提升企業(yè)競爭力和生產(chǎn)力，下面以薩克斯哨片為例來簡要分析基于CATIA的自由曲面設(shè)計。

如圖1所示，在薩克斯哨片曲面中，A-A側(cè)面圖左上端為直線，B-B斷面圖則看到一段弧線，而C-C斷面圖的弧線則更加明顯。首先對薩克斯哨片的模型進(jìn)行構(gòu)建，選擇菜單開始/形狀的常規(guī)曲面設(shè)計，系統(tǒng)會彈出對話框，將創(chuàng)建的零件名稱輸入到零部件名稱欄中，之后進(jìn)入到設(shè)計平臺[1]。在點(diǎn)定義對話框中進(jìn)行zx平面坐標(biāo)值點(diǎn)的定義，利用相同方法在zx平面上創(chuàng)建若干個點(diǎn)，在zx面上創(chuàng)建一條能夠通過所有點(diǎn)的曲線。應(yīng)用快速修剪工具來講曲線的右端剪掉，刪除軸線，退出草圖繪制工作臺，返回零件設(shè)計工作臺中，在對話框中構(gòu)建參考面。按照上述步驟在參考面上繪制曲線，結(jié)合曲線和直線在定義對話框中進(jìn)行定義，之后對相應(yīng)的草圖進(jìn)行隱藏，這樣就能夠得到一組結(jié)合曲線，之后就可以在多截面曲面定義對話框中創(chuàng)建多截曲面，從而完成基于CATIA的自由曲面設(shè)計。

2基于CATIA的自由曲面數(shù)控加工

同樣以薩克斯哨片為例，上文中創(chuàng)建了哨片的模型，將其中不需要進(jìn)行加工的部分進(jìn)行去除，保留加工部分，以此來更好的設(shè)置參數(shù)，選擇加工命令，進(jìn)入曲面加工模塊，在創(chuàng)建毛坯對話框中選擇目標(biāo)零件，從而實現(xiàn)對毛坯零件的創(chuàng)建。之后將所創(chuàng)建的毛坯零件激活，進(jìn)入零件設(shè)計模塊，在zx平面上創(chuàng)建相應(yīng)坐標(biāo)值點(diǎn)，設(shè)置坐標(biāo)系的坐標(biāo)和原點(diǎn)，在創(chuàng)建完成之后返回到曲面加工模塊中。

2.1設(shè)置加工要素

各項加工要素的設(shè)置主要在零件操作對話框中完成，主要的加工參數(shù)主要有數(shù)控機(jī)床、幾何體以及參考坐標(biāo)系等。①數(shù)控機(jī)床設(shè)置：在數(shù)控機(jī)床編輯器對話框中選擇三軸聯(lián)動機(jī)床；②參考坐標(biāo)系設(shè)置：在參考坐標(biāo)系定義對話框中設(shè)置坐標(biāo)系的名稱，單機(jī)原點(diǎn)，選擇之前創(chuàng)建的一個點(diǎn)，單機(jī)對話框中的z軸，系統(tǒng)會另外彈出一個對話框，選擇手工指定法，對z軸進(jìn)行設(shè)定，單機(jī)x軸，會彈出一個另外的對話框，在此對話框中也選擇手工指定法，從而完成對x軸的設(shè)定[2]；③幾何參數(shù)設(shè)置：首先是對加工目標(biāo)零件的選擇，輸入另加加工命令，合理的對特征數(shù)進(jìn)行選擇，第二是選擇毛坯模型，輸入毛坯零件名稱，合理的選擇特征數(shù)，輸入安全平面命令，在毛坯上表面進(jìn)行特征數(shù)選擇，以此來完成加工幾何參數(shù)的合理設(shè)置。

2.2CATIA模擬加工

對于插入位置來說，首先對相關(guān)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇，在系統(tǒng)中輸入SweepingRough命令之后會彈出對話框，在彈出對話框的加工區(qū)域感應(yīng)區(qū)來選擇目標(biāo)另加，此時在凌建生會呈現(xiàn)加工零件字樣，之后返回對話框。雙擊對話框中的加工區(qū)域，會彈出一個數(shù)值框，在數(shù)值框中輸入0.0毫米，薩克斯哨片采用的加工材料一般為蘆竹，其切削力較小，因此可以應(yīng)用一次切削成形的方法。

2.3生成數(shù)控程序

在特征數(shù)中選擇相應(yīng)結(jié)點(diǎn)，在彈出的快捷菜單中選擇交互式生成數(shù)控程序命令，此時系統(tǒng)中會自動彈出對話框，以數(shù)控數(shù)據(jù)格式為基礎(chǔ)，進(jìn)行列表框的下拉動作，選擇數(shù)控程序卡和數(shù)控程序格式，同時可以查看和修改數(shù)控程序。之后，將程序號輸入到對話框中，即可以實現(xiàn)數(shù)控程序的成功生成。對于數(shù)控銑床專用程序的輸入來說，可以選擇電腦輸入和手工輸入兩種方式，這兩種方式都是可行的[3]。但需要注意的是，不同的輸入方式在工作量以及工作效率上都有著一定的差異性，相較于手工輸入來說，電腦輸入方式的工作量較小，工作效率較高，因此通常選用電腦輸入的方式來進(jìn)行數(shù)控銑床專用程序的輸入。

2.4工件數(shù)控加工

在工件裝夾之后，將數(shù)控銑床系統(tǒng)打開，快按“編輯/程式選擇”兩次，之后進(jìn)入到選擇程序的模式中，實現(xiàn)對檔案目錄頁的顯示。將游標(biāo)移動到要選擇的程序中，按“輸入鍵”，以此來選擇需要傳輸進(jìn)來的數(shù)控程序，之后按“重置”鍵，將程序進(jìn)行重置處理，緊接著按“啟動”鍵，此時完成數(shù)控程序的啟動，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)控程序的具體設(shè)定來進(jìn)行工件的數(shù)控加工，直到數(shù)控加工完成為止。

2.5分析加工結(jié)果

通過上述步驟之后，可以通過數(shù)控加工來加工出薩克斯哨片工件，數(shù)控加工出的哨片有著精度高的特點(diǎn)，有效保證了哨片發(fā)音通順振動的一致性，從而保證了吹奏過程中音色以及音質(zhì)的純正性和優(yōu)美。相較于傳統(tǒng)加工方法而言，通過CATIA設(shè)計制造的薩克斯哨片不僅質(zhì)量穩(wěn)定，同時能夠滿足薩克斯管和單簧管對于哨片的音質(zhì)要求和音色要求。由此可見，基于CATIA的自由全面設(shè)計及數(shù)控監(jiān)工技術(shù)是可行的，加工出的自由曲面產(chǎn)品不僅精度較高、尺寸一致，同時生產(chǎn)效率較高，制造周期較多。

3結(jié)論

自由曲面設(shè)計相對復(fù)雜，涉及到繁瑣的計算和眾多程序段，傳統(tǒng)的手工編程已經(jīng)不能滿足自由曲面的設(shè)計要求和加工要求。本文簡要研究了基于CATIA的自由曲面設(shè)計和數(shù)控加工，以薩克斯哨片為例，探討了具體的設(shè)計過程和數(shù)控加工流程，旨在為相關(guān)自由曲面的設(shè)計和加工實踐提供參考，從而更好的促進(jìn)自由曲面設(shè)計技術(shù)及加工技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫淼.基于CATIA的自由曲面的設(shè)計及數(shù)控加工[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]任小萍.基于CATIA的自由曲面的設(shè)計及數(shù)控加工研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，v.11；No.32436：22.

[3]邵志香.面向自由曲面數(shù)控加工的適應(yīng)性實時仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院研究生院（沈陽計算技術(shù)研究所），2012.

（作者單位：中航飛機(jī)漢中航空零組件制造有限公司）