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CATIA教程 主讲 王宏斌 1 数控加工 CATIA培训 2 目录 第一节数控编程及加工工艺基础 第二节CATIA数控加工基本操作 第三节2 5轴铣削加工 第四节曲面加工 3 第一节数控编程及加工工艺基础 数控 Numericalcontrol NC 用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数控加工是CAD与CAM中最能明显发挥效益的生产环节之一 它不仅大大提高了具有复杂型面的产品的制造能力与制造效率 而且能够保证产品达到很高的加工精度与加工质量 数控加工技术集传统机械制造技术 计算机技术 现代控制技术 传感检测技术 信息处理技术 光机电技术与一体 是现代机械制造技术的基础 4 一 数控编程的基本过程数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点 CutterLocation CL点 CATIA提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工 用户可根据零件结构 加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型 对于不同的加工类型 CATIA的数控编程过程都需要经过获取零件模型 加工工艺分析及规划 完善零件模型 设置加工参数 生成数控加工刀路 检验数控刀路和生成数控加工程序七个步骤 其流程如下图所示 数控编程及加工工艺基础 5 数控编程及加工工艺基础 CATIA数控编程基本过程 6 建立或获取零件模型用户可使用CATIA建立零件模型 或通过公共数据交换格式 如IGES STEP等 将其它CAD系统的模型导入CATIA 加工工艺分析及规划加工工艺分析及规划在很大程度上决定了数控程序的质量 主要包括以下内容 加工对象的确定通过对模型的分析 确定工件上哪些部位需要在数控铣床上或加工中心上加工 加工区域规划即按照形状特征 功能特征及精度 粗糙度等要求 将加工对象划分为若干个加工区域 以此来提高加工效益与质量 加工工艺路线规划即从粗加工到精加工 再到清根加工的加工流程规划 以及加工余量的分配 加工工艺和加工方式确定如刀具选择 加工工艺参数和切削方式的选择等 数控编程及加工工艺基础 7 完善零件模型由于设计人员更多地考虑零件设计的方便性和完整 较少顾及零件模型对加工的影响 所以需要根据加工对象对模型做进一步的完善 主要内容包括 确定坐标系将坐标系确定在适合加工人员定位 对刀 的位置 清理隐藏对加工不产生影响的元素 修补部分曲面如由于模型转换引起的裂隙 不加工部位造成的曲面空缺部位 不便于加工的窄槽等 增加安全曲面 对轮廓曲线进行修整在数据格式转换的模型中 尤其重要 构建刀路限制边界需要使用边界来限制加工范围的加工区域 要先构建出边界曲线 数控编程及加工工艺基础 8 设置加工参数参数设置可视为对工艺分析的规划的具体实施 其主要内容包括 设置加工对象用户通过交互方式选择被加工的区域 毛坯和避让区域等 设置切削方式指定刀路的类型及相关参数 设置或创建刀具选择适合的刀具 如果刀库中没有合适的刀具 需要创建刀具 设置加工程序参数包括进退刀位置及方式 切削用量 行间距 加工余量 安全高度等参数设置 数控编程及加工工艺基础 9 数控编程及加工工艺基础 生成数控刀路在完成参数设置后 CAM软件可自动进行刀路的计算 检验数控刀路为保证加工质量及安全性 必须对刀路进行检验 主要检验是否存在过切 加工不到位或刀路与夹具的干涉等 生成数控程序为在完成上述工作后 需进行后处理 然后可生成数控加工程序 对程序进行必要的检查后 可通过传输软件将其传输到数控机床上进行加工 10 二 数控加工1 CAM系统简述一个典型的CAM系统由两个部分组成 一是计算机辅助编程系统 CAM 二是数控加工设备 计算机辅助编程系统的任务是根据零件的几何信息计算出数控加工轨迹 并编制出数控加工程序 它的主要功能包括 数据的输入输出 加工轨迹的计算与编辑 工艺参数设置 加工仿真 数控程序后处理 数据管理 数据传输等 数控编程及加工工艺基础 11 2 加工原理机床上的刀具和工件间的相对运动 称为表面成形运动 数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹 刀轨或刀路 进行表面成形运动 从而加工出产品的表面形状 平面轮廓加工 曲面加工 数控编程及加工工艺基础 12 数控刀轨 刀位点数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线 折线上的节点称为刀位点 刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点 从而切削出工件的形状 插补运动刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为插补运动 一般数控机床只能以直线或圆弧这两种简单运动形式完成插补运动 数控编程的核心任务计算出数控刀轨 并以数控程序的形式输出到数控机床 其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点 数控编程及加工工艺基础 13 由于数控机床的插补运动只有直线和圆弧两种形式 只能近似地按拟合理想加工轨迹 而且在某些加工中 相邻刀轨之间会留下末切削区域 所以数控加工误差中 与编程有关的误差主要有两个方面 刀轨的插补误差和残余高度 如下图所示 残余高度 插补误差 数控编程及加工工艺基础 14 3 刀位计算数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段 表面偏置 加工表面偏置刀位点计算的前提是根据刀具的类型和尺寸计算出加工表面的偏置面 数控编程及加工工艺基础 15 行切刀轨 刀轨形式的确定刀轨形式就是刀位点在偏置面上的分布形式 最常见的刀轨形式一是行切刀轨 即所有刀位点都分布在一组与刀轴 Z轴 平行的平面内 二是等高线刀轨 环切刀轨 即所有刀位点都分布在一组与Z轴垂直的平面内 显然 偏置面与上述平面的前交线为理想刀轨 平面间距称为行距 环切刀轨 数控编程及加工工艺基础 16 刀位点计算以一定的步长 刀位点之间的距离 和行距在理想刀轨上计算出刀位点 刀位点间做直线或圆弧插补 步长和行距是数控编程精度的主要影响因素 数控编程及加工工艺基础 17 三 数控机床1 特点 高柔性即灵活 通用 可以适应不同形状工件的加工 高精度目前数控装置的脉冲当量为0 001mm 高精度数控装置脉冲当量可达0 0001mm 因此可保证较高的加工精度和精度稳定性 高效率采用数控机床加工 可减少专用夹具的使用 使生产准备周期大大降低 由于其主轴转速和进给速度都是无级可调的 有利用采用最合适的切削用量 在保证加工质量的前提下 提高了生产效率 优化作业条件数控机床的大部分加工都是自动完成的 大大降低了工人的劳动强度 数控编程及加工工艺基础 18 2 分类 点位控制机床只控制刀具与工件的相对位置 不控制其运动轨迹 如数控钻床 直线控制机床在点位控制的基础上 还要保证运动一条直线 且刀具在运动过程中要进行切削加工 机床可以有两到三个坐标轴 但同时控制的轴只有一个 轮廓控制机床能对两个或更多坐标运动进行控制 多轴联动 其运动轨迹可以是空间曲线 如三坐标以上的数控铣及加工中心 按机床运动轨迹分 数控编程及加工工艺基础 19 2 分类 点位控制机床只控制刀具与工件的相对位置 不控制其运动轨迹 如数控钻床 直线控制机床在点位控制的基础上 还要保证运动一条直线 且刀具在运动过程中要进行切削加工 机床可以有两到三个坐标轴 但同时控制的轴只有一个 轮廓控制机床能对两个或更多坐标运动进行控制 多轴联动 其运动轨迹可以是空间曲线 如三坐标以上的数控铣及加工中心 按机床运动轨迹分 数控编程及加工工艺基础 20 开环控制机床没有位置检测反馈装置 这类机床价格低 精度差 目前应用较少 半闭环控制机床它的位置检测装置一般位于电机轴或丝杠端部 目前应用十分广泛 按伺服系统控制方式分 闭环控制机床它的位置检测装置一般位于运动链未端 其反馈包含了整个运动系统的误差 所以也称全闭环控制 精度高 成本较高 广泛应用于高精度数控机床 数控编程及加工工艺基础 21 两轴联动机床可两轴作插补联动 或X Y Z任意两轴联动 第三轴作单独的周期进刀 后者刀称为2 5轴联动 三轴联动机床X Y Z三轴可同时作插补联动 三轴联动机床常用于加工一些带有复杂曲面的工件 按联动坐标轴数分 多轴联动机床包括四轴联动和五轴联动 除了有X Y Z三个直线移动坐标轴外 还有一到两个回转坐标轴 如数控回转工作台 或主轴回转 加工中心在数控铣的基础上增加刀库 其中存放有不同的刀具或检具 可以加工中自动换刀 装夹一次可完成多个表面的加工 是一个高效率的数控加工机床 数控编程及加工工艺基础 22 四 数控程序1 数控程序结构数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成 依靠这些指令控制各坐标轴的运动 主轴的回转与停止 切削液的开关 自动换刀等 数控程序由起始符 结束符和程序体构成 程序体由程序段 Block 组成 每个程序段是由字 Word 和段结束符 组成 字是由地址符 符号和数字符构成 一个典型的数控加工程序结构如下图所示 数控编程及加工工艺基础 23 数控程序结构 数控编程及加工工艺基础 24 五 数控工艺流程1 数控加工工艺设计内容数控加工工艺设计主要包括下列内容 数控编程及加工工艺基础 选择并确定零件的数控加工内容 零件图的数控加工分析 数控加工工艺路线设计 数控加工工序设计 数控加工专用技术文件的编制 25 不同数控机床 需要编制的工艺文件不尽相同 一般来说 数控铣床的工艺文件就包括 编程任务书 数控加工工序卡片 数控机床调整单 数控加工刀具卡片 数控加工进给路线图 数控加工程序清单 数控编程及加工工艺基础 26 2 数控加工工序划分数控加工工序划分一般可按下列方法进行 以同一把刀具加工内容划分工序 以加工部分划分工序 如内形 外形 曲面或平面等 以粗 精加工划分工序 注意 一道工序的加工内容不能太多 否则会导致程序太长 可能超出机床内存容量 或查错与检索困难 或者不能在一个班次内完成 数控编程及加工工艺基础 27 3 数控加工工艺过程工序顺序的按排一般应按下列原则进行 上道工序的加工不能影响下道工序的定位和夹紧 在同一次安装中应先安排对工件刚度破坏小的工序 以相同方式定位 夹紧或以同一把刀具进行加工的工序 最好连接进行 以减少重复定位 换刀与挪动压板的次数 数控编程及加工工艺基础 28 4 走刀路线的选择走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹 它不但包括了工序内容 而且也反映出工序的顺序 是编制程序的依据之一 在确定走刀路线时 一般应遵循下列原则 1 应能保证零件的加工精度与表面粗糙度要求 尽量避免在工作轮廓的法向切入和切出 沿切线方向切入 切出 数控编程及加工工艺基础 29 轮廓加工完之后 应让刀具多走一段距离 以避免取消刀补时 刀具与工件发生碰撞 造成工件报废 切出时走出一个安全距离 数控编程及加工工艺基础 30 不同走刀的对比 对孔位置精度要求高的零件 精加工时要采用单向趋近定位点的方式加工 以避免反向间隙对定位精度的影响 要考虑零件的具体结构 例如 程序少 加工过程符合直纹面形成特点 可保证叶片母线的直线度 程序较多 加工后的叶片 叶形准确度高 使用性能较好 轮廓加工中要避免进给停顿 否则刀具会在停顿处的零件轮廓上留下明显的刀痕 数控编程及加工工艺基础 31 不同走刀的对比 程序少 加工质量差 侧壁有残余 程序较多 加工质量高 程序较少 加工质量高 数控编程及加工工艺基础 32 数控编程及加工工艺基础 2 应使走刀路线最短 以减少刀具空行程 提高加工效率 加工孔的走刀路线对比 走刀路线较长 走刀路线较短 33 选择对刀点时要考虑到找正容易 编程方便 对刀误差小 加工时检查方便 可靠 6 对刀点的选择对刀点是工件在机床上定位安装后 设置在工件坐标系中 用于确定工件坐标系与机械坐标系空间位置关系的参考点 对刀点可以设置在工件上 也可以设置在夹具上 但它在工件坐标系中必须有确定的位置 对刀点要尽可能选择在零件的设计基准或工艺基准上 以便于保证加工精度要求 对刀点一般多设在工件两垂直轮廓边的交点上 或孔的中心点 如果工件上没有合适的对刀点 需加工出工艺孔来对刀 数控编程及加工工艺基础 34 7 安全高度与其它高度 安全高度也称为提刀高度 是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度 Z值 在铣削过程中 刀具需要转移位置时 要先将刀具退到这一高度 再进行G00快速定位 到达下一个进刀位置 安全高度一般应大于工件最大高度 慢速下刀相对高度刀具以G00快速定位到此高度 然后以接近速度到加工位置 否则将以G00的速度到加工位置 而发生碰撞 加工过程中的提刀高度加工过程中 当刀具需要转换位置时 可以提升到安全高度 再移动刀具 也可以提升一个高度 再行移动 提升的高度必须大于移动的路径上凸起的高度 一般提升到安全高度 便于清屑 暂停检查刀位 数控编程及加工工艺基础 35 8 轮廓控制在数控加工中 常常需要通过轮廓来限定加工范围 轮廓线需要设定其偏置补偿方向 对于封闭轮廓有3种方式 刀具在轮廓上 On 刀具中心线与轮廓线重合 即不考虑补偿 刀具在轮廓内 Inside 刀具的侧边在轮廓线上 刀具中心与轮廓线相差一个刀具半径 刀具在轮廓外 Outside 刀具的侧边在轮廓线上 刀具中心超过轮廓线一个刀具半径 需要注意的是内轮廓的情况正好相反 数控编程及加工工艺基础 36 对于开放轮廓也有3种补偿方式 刀具在轮廓上 On 刀具中心线与轮廓线重合 即不考虑补偿 刀具在轮廓左 Left 刀具的侧边在轮廓线上 刀具中心偏向轮廓线左边 刀具在轮廓右 Right 刀具的侧边在轮廓线上 刀具中心偏向轮廓线右边 轮廓左边或右边是相对于刀具前进方向而言的 数控编程及加工工艺基础 37 数控编程及加工工艺基础 层优先刀轨是将同一高度内所有内容加工完之后 再加工下一层 区域优先在加工不连续凸台或凹槽时 先加工完一个连续区域后 再跳到另一个区域加工 粗加工时 一般采用区域优先 精加工时多采用层优先 各部分尺寸一致性较好 8 区域加工顺序对于有多个凸台或凹槽的零件 做等高线切削时 形成不连续的加工区域 其加工顺序有两种选择 38 第二节CATIA数控加工基本操作 CATIA提供了比较完善的数控加工功能 包括2 5轴铣削加工 车削加工 曲面加工 多轴高级加工 加工检查和STL快速成型等子模块 本章节主要介绍数控加工的基本操作方法 包括加工要素设置 刀具轨迹设置 刀具参数设置 进 退刀设置 切削仿真 生成数控加工程序等 数控加工子模块 数控仿真子模块 39 一 进入数控加工模块CATIAV5有3种方式进入加工工作台 1 从 开始 菜单中启动选择菜单 开始 加工 PrismaticMachining 该模块是2 5轴数控加工模块 包括了平面铣削 型腔铣削 轮廓铣削和点位加工等功能 2 从当前模块进入加工工作台在当前模块界面中 单击工作台图标 在弹出的 欢迎使用CATIAV5 对话框 如下图所示 中单击 PrismaticMachining 图标 即可进入 PrismaticMachining 工作台 3 从 文件 菜单新建一个加工文档选择菜单 文件 新建 在弹出的对话框 如下图所示 中选择 Process 单击 确定 即可进入加工工作台 PrismaticMachining 工作台界面如下图所示 CATIA数控加工基本操作 40 欢迎对话框 新建对话框 CATIA数控加工基本操作 41 CATIA数控加工基本操作 42 二 加工流程实例打开一个零部件设计文档或产品结构设计文档 本实例为一个产品结构文档 产品中有两个零件 加工零件节点下是要加工的零件 毛坯节点下的零件是要加工零件的毛坯 如图所示 要加工的零件及其毛坯 CATIA数控加工基本操作 43 切换到 PrismaticMachining 工作台后 特征树如图所示 在 P P R 下有三个二级节点 ProcessList ProductList 和 ResourcesList 加工工作台特征树 CATIA数控加工基本操作 44 1 零件操作定义零件操作定义主要包括 设置数控加工机床 加工坐标系设置 加工零件及毛坯选择 安全平面设置等 1 打开零件操作设置对话框在 P P R 特征树中 双击 ProcessList 节点中的 PartOperation 1 结点 弹出 PartOperation 对话框 如图所示 CATIA数控加工基本操作 45 2 机床设置在 PartOperation 对话框中单击机床设置工具按钮 弹出 MachineEditor 对话框 如图所示 其中有三轴机床 四轴机床 五轴机床 卧式车床 立式车床 多轴车床等 本例选择三轴机床 在 ResourcesList 节点下出现机床名称 如图所示 特征树中出现所选择的机床 MachineEditor 对话框 CATIA数控加工基本操作 46 坐标系设置对话框 3 坐标系设置在 PartOperation 对话框中单击坐标系设置工具按钮 弹出坐标系设置对话框 如图所示 该坐标系为工件坐标系 默认将零件建模时的坐标系作为工件坐标系 单击X Z轴或原点 分别选择相应的元素 可对坐标系进行定义 也可以对坐标重命名 CATIA数控加工基本操作 47 选择加工零件 4 选择加工目标零件在 PartOperation 对话框中 选择 Geometry 选项卡 单击选择加工零件工具按钮 在视图上或特征树中选择要加工的零件几何体 双击即可返回对话框 CATIA数控加工基本操作 48 选择毛坯 5 选择毛坯在 PartOperation 对话框中 选择 Geometry 选项卡 单击选择加工零件工具按钮 可选择毛坯 选择方法与加工零件的选择相同 CATIA数控加工基本操作 49 安全平面设置 6 选择安全平面在 PartOperation 对话框中 选择 Geometry 选项卡 单击安全平面设置工具按钮 选择毛坯上表面后 返回 PartOperation 对话框 在视图中 SafetyPlane 上右键单击 在弹出的菜单中选择 Offset 在对话框中设置安全高度为50mm CATIA数控加工基本操作 50 CATIA数控加工基本操作 零件操作设置完成 7 完成零件操作设置单击 PartOperation 对话框中的 确定 按钮 即可完成零件操作的参数设置 51 2 上平面铣削平面铣削按如下步骤进行 1 打开 平面铣削Facing 对话框单击工具栏上 平面铣削 工具按钮 然后选择特征树中 PartOperation 1 结点下的 ManufcaturingProgram 1 弹出 Facing 1 对话框 如图所示 平面铣削 对话框 CATIA数控加工基本操作 52 零件感应区的不同状态 2 确定加工表面选择 Facing 1 对话框中的 几何参数 标签 将鼠标移动到感应区中零件的上表面 该表面以橙色高亮显示 单击鼠标 然后在视图中零件上表面上单击 返回对话框 相应区域变为深绿色 几何参数 标签也变为 CATIA数控加工基本操作 53 设置偏置 3 设置偏置双击图示的 OffsetonContour 字样 在弹出的对话框中设置偏置为 5mm 即刀轨在零件轮廓上向外偏置5mm 如果有必要 也可设置其它方向的偏置 设置方法相同 CATIA数控加工基本操作 54 刀具参数设置 4 设置刀具参数选择 Facing 1 对话框中的 刀具参数 标签 选择面铣刀 刀具参数如图所示 如果要修改刀具参数 可以刀具相应的参数上双击 即可进行修改 或者点击对话框中的 More 按钮 展开更多的刀具参数 从参数表中修改 确定刀具参数后 刀具参数 标签变为 CATIA数控加工基本操作 55 行切刀轨 5 设置刀具路径选择 Facing 1 对话框中的 刀具路径 标签 在 刀具路径形式Toolpathstyle 下拉列表中 根据需要选择 往复切削Backandforth 或其它刀轨 环切刀轨 CATIA数控加工基本操作 56 进 退刀设置 建立进 退刀路径 6 设置进刀 退刀选择 Facing 1 对话框中的 进 退刀 标签 在对话框的 宏程序管理MacroManagement 列表中选择进 退刀方式 在 模式 下拉列表中可选择建立进 退刀路径的模式 如果选择 由用户建立Buildbyuser 则可用下面的工具建立的编辑进 退刀刀轨 CATIA数控加工基本操作 57 刀路仿真 3 刀路仿真在完成刀路参数设置后 可以进行刀路仿真 Facing 1 对话框中单击 刀路仿真 按钮 系统对刀路进行计算 计算完成后 弹出如图所示对话框 在视图区显示了刀具 工件和刀路的情况 可进行多种形式的刀路仿真 CATIA数控加工基本操作 58 加工状态仿真 CATIA数控加工基本操作 59 4 型腔铣削粗加工在完成平面铣削后 接着进行型腔铣削加工 型腔铣削 对话框 1 打开 型腔铣削Pocketing 对话框在特征树中选择 Facing 1 computed 结点 接着在工具栏中单击 型腔铣削 工具按钮 插入一个型腔铣加工步骤 系统弹出 Pocketing 1 对话框 如图所示 单击对话框中的 OpenPocketing 或 ClosedPocketing 可切换开放型腔或封闭型腔这两种模式 CATIA数控加工基本操作 60 确定型腔加工表面 2 确定加工表面与前述方法相同 利用零件感应区来确定加工表面 3 确定型腔上表面并设置偏置单击零件感应区零件上表面 在视图中选择一个表面作为型腔加工的上表面 同上方法设置偏置 本例轮廓偏置设为0 底面偏置设为0 3mm 即底面留有0 3mm的加工余量 确定型腔上表面 CATIA数控加工基本操作 61 设置刀具参数 4 设置刀具参数与前述方法相同 本例选择立铣刀 直径10mm 刀尖圆弧2mm 5 设置刀轨参数本例选择 径向参数Radial 标签 在模式中选择 重叠比率StepoverRatio 设为30 其它参数不变 设置刀轨参数 CATIA数控加工基本操作 62 螺旋进刀方式 6 设置进 退刀参数与前述方法相同 本例设为螺旋进刀 Z轴退刀 7 刀路仿真参数设置完成 可进行刀路仿真 刀路仿真 CATIA数控加工基本操作 63 5 型腔铣削精加工完成上述加工后 底面留有0 3mm的加工余量 需对底面进行精铣 其方法 步骤与粗加工相同 只是需要将底面偏置设为0 增加一把直径10mm 刀尖圆弧为0的立铣刀即可 设置完成后可进行刀路仿真 而且单击仿真对话框 分析 按钮 可对加工结果进行分析 加工结果分析 CATIA数控加工基本操作 64 6 轮廓铣削完成上述加工后 需对轮廓进行铣削 轮廓铣削 对话框 1 打开 轮廓铣削ProfileContouring 1 对话框在特征树中选择上一步骤写成的 Pocketing 2 computed 结点 接着在工具栏中单击 轮廓铣削 工具按钮 插入一个轮廓铣削加工步骤 系统弹出 ProfileContouring 对话框 如图所示 单击对话框中的 Hard 或 Soft 可切换有底边轮廓或无底边轮廓这两种轮廓形式 CATIA数控加工基本操作 65 确定轮廓底面及相关偏置 2 确定轮廓底面并设置偏置单击零件感应区如图所示平面 在视图中选择底面 同上方法设置偏置 本例轮廓偏置设为 1mm 底面偏置设为 2mm 即刀具超出底面2mm CATIA数控加工基本操作 66 轮廓铣削刀路仿真 3 设置进退刀参数同上方法设置进退刀参数 进退刀刀路如下图所示 4 刀路仿真本例中仍采用上一步骤中所使用的刀具 其它参数均使用默认参数 完成上述设置后 可进行刀路仿真 CATIA数控加工基本操作 67 7 钻孔加工至此零件上只剩下两个孔的加工 钻孔加工 对话框 1 打开 钻孔加工Drilling 1 对话框在特征树中选择上一步骤写成的 ProfileContouring 1 computed 结点 接着在工具栏中单击 钻孔加工 工具按钮 插入一个钻孔加工步骤 系统弹出 Drilling 1 对话框 如图所示 CATIA数控加工基本操作 68 钻孔几何参数设置 2 确定加工表面并设置跳转安全高度单击零件感应区孔的侧壁 在视图中选择需要加工的孔 完成选择后双击返回对话框 双击对话框中的 Jumpdistance 在弹出的对话框中设置该值为5mm 即刀具加工完一个孔跳转到另一孔的安全高度为5mm CATIA数控加工基本操作 69 钻孔刀具参数设置 3 设置刀具参数与前述方法相同 本例选择麻花钻 采用默认参数 4 设置刀路参数与前述方法相同 本例中需将 进刀安全面Approachclearance 中的数值改为10mm如图所示 钻孔刀路参数设置 CATIA数控加工基本操作 70 钻孔刀路仿真 5 刀路仿真完成上述设置后 可进行刀路仿真 CATIA数控加工基本操作 71 8 后处理及程序输出完成上述加工的相关设置后 需要进行后处理 即根据机床的型号和要求生成数控程序 NCProgram 与加工相关的设置 1 检查与加工相关的设置选择菜单 文件 设置 命令 弹出 设置 对话框 如图所示 在结构树中选择 加工 选择对话框中的 Output 标签 在 PostProcessor 选项区中选中 IMS 单选项 CATIA数控加工基本操作 72 数控程序输出相关的设置 2 进行数控程序的相关设置单击工具栏中的 生成数控程序GenerateNCcodeinteractively 弹出如图所示对话框 在 NCdatatype 下拉列表中选择 NCCode 表示输出数控程序 CATIA数控加工基本操作 73 选择数控系统类型 3 设置机床所用的数控系统选择 NCCode 标签 在 IMSPost processorfile 下拉列表中选择你所用的数控系统 本例选择 fanuc0 CATIA数控加工基本操作 74 CATIA数控加工基本操作 选择数控系统类型 4 设置程序号单击对话框中的 Execute 标签 在弹出的对话框中设置程序号 本例设置为 0001 即数控程序程序号为 O0001 设置完成单击 Continue 按钮 系统提示 成功输出程序 可用文本编辑器打开和查看程序文件 75 三 加工要素设置前面介绍了数控加工的基础操作 本章节主要介绍加工编程中需要共同设置的加工要素 包括机床设置 参考坐标系设置 加工区域设置 边界设置和加工程序组设置等内容 1 特征树在数控加工工作台 特征树含有三部分内容 如下图所示 加工过程 ProcessList 包含所有用于加工的操作 刀具和辅助操作 这些内容可以使零件从毛坯加工形成目标零件 加工部件 ProductList 列出了用于加工的CAD模型 包括目标零件模型和毛坯模型 夹具模型 机床模型和机床工作台模型等 加工资源 ResourcesList 包括所有加工过程所需的刀具与机床 CATIA数控加工基本操作 76 数控加工工作台特征树 CATIA数控加工基本操作 77 2 数控机床双击特征树中 PartOperation 1 结点 在弹出的对话框中单击 机床设置 按钮 弹出 机床设置 对话框 其中列出有三轴机床 四轴机床 五轴机床 卧式车床 立式车床 多轴车床和自定义机床等 选择一种机床后可对机床参数进行编辑 用户也可单击 打开 按钮 在弹出的 文件选择 对话框中 选择一种所需的数控机床 例如选择X DassaultSystemes B17 intel a startup Manufacturing Samples NCMachineToollib DEVICES目录下的XYZCA机床 如图所示 用户还可以单击 打开 按钮 在特征树中选择用户自己建模的数控机床 CATIA数控加工基本操作 78 用户加载的数控机床 CATIA数控加工基本操作 79 3 加工坐标系加工坐标系是加工刀路各坐标点的基准 如果移动加工坐标系 则刀路的输出坐标点也随之改变 在 PartOperation 对话框中单击坐标系设置工具按钮 弹出坐标系设置对话框 其中X Z轴和原点为感应区 单击感应元素 再在视图区选择相应元素 可定义坐标系 原点可选择几何点或者圆弧的圆心 例如 将上例的坐标系重命名为 MyAxia 1 坐标系原点移动到一个孔的中心点 如图所示 定义加工坐标系 CATIA数控加工基本操作 80 定义X或Z轴的方法有三种 通过单位矢量定义坐标轴 Manual 在感应区选择一个坐标轴 X轴或Z轴 弹出坐标定义对话框 在对话框中选择 Manual 方式并定义坐标轴单位矢量 即坐标轴单位矢量在原坐标系中各坐标轴的分量 通过几何元素定义坐标轴 Selection 在对话框中选择 selection 方式 然后在视图区选择一个直线或平面来定义坐标轴 如果选择的是平面 则为平面的法向 通过视图区的两个点定义坐标轴 Pointsintheview 在对话框中选择 Pointsintheview 方式 在视图区选择两个点来定义坐标轴 CATIA数控加工基本操作 81 在对话框感应区中选择一个三角平面 则可以通过选择视图区中一个已有的坐标系作为当前的加工坐标系 对于不同的加工程序组可设置不同的加工坐标系 单击 辅助操作工具栏AuxiliaryOperations 中的 坐标系改变MachiningAxisChange 工具按钮 或者从菜单 插入 AuxiliaryOperations MachiningAxisChange 启动该命令 弹出如图所示对话框 坐标系设置方法同前 坐标系改变对话框 CATIA数控加工基本操作 82 4 几何参数设置对于从零件或产品工作台切换到加工工作台 系统自动将当前零件关联为加工模型 如果是直接新建的加工过程文档 需要在 PartOperation 对话框中单击 零件关联 按钮 然后选择一个零件或产品文档 零件关联前的特征树 零件关联后的特征树及零件 CATIA数控加工基本操作 83 几何参数设置的内容包括 选择加工目标零件由于关联进来的零件或产品 系统还无法识别用户所需加工的目标零件模型 需要指定目标零件模型 方法如前所述 选择毛坯在2 5轴数控加工中 系统自动用一个六面体将目标加工零件围起来作为毛坯 但用户可以指定自己建立的模型作为毛坯 选择加工安全平面安全平面是数控加工刀具返回的安全高度平面 选择方法如前所述 选择加工用的夹具夹具也是用户建立的零件模型 在几何参数设置时将其指定为夹具 编程时刀路就会避开夹具 在 PartOperation 对话框中 单击 夹具 按钮 在特征树中选择作为夹具的模型 双击后返回对话框 如下图所示 要想使刀路避开夹具 需分别选择感应区中的夹具表面和视图中的夹具表面 CATIA数控加工基本操作 84 确定夹具表面 刀路通过夹具 刀路避开夹具 CATIA数控加工基本操作 85 5 加工程序组加工程序组中包含了零件加工的若干个加工步骤 在一个零件加工操作中 可以含有多个加工程序组 其它相关操作在特征树 加工程序ManufacturingProgram 节点上单击右键 在弹出的快捷菜单的 加工程序 对象 子菜单中包含了绝大多数与加工程序相关的操作命令 如拷贝加工过程 刀路仿真 刀路计算 生成NC程序等 如图所示 插入一个新的程序组单击 加工Manufacturing 工具栏中 加工程序ManufacturingProgram 按钮 选择特征树中 PartOperation 节点或其下的节点 可在该节点下创建一个新的程序组节点 CATIA数控加工基本操作 86 加工程序右键菜单 插入新的程序组 CATIA数控加工基本操作 87 四 刀具管理刀具的选用是数控加工中相当重要的内容 对于每一个加工操作都需要指定一把加工刀具 1 创建刀具创建刀具可按下列步骤进行 创建刀具创建一个加工过程后 在相应的加工参数设置对话框中选择 刀具 选项卡 选择其中一种刀具即可 也可以直接在 辅助操作 工具栏下的 换刀ToolsChange 子工具栏中 选择一种需要的刀具 接着再插入所需位置之前的结点 换刀ToolsChange 工具栏 CATIA数控加工基本操作 88 刀具命名在对话框的 Name 文本框中输入刀具名称 该名称最好能体现刀具的典型特征 例如 刀具在刀库中的编号为1 直径10mm 下半径2mm 刀具类型为立铣刀 可命名为 T1EndMillD10R2 在 Comment 文本框中可输入该刀具相关的说明 在 ToolNumber 文本框中可以设定刀具的编号 换刀ToolsChange 对话框 CATIA数控加工基本操作 89 刀具参数设置刀具参数包括几何参数 技术参数 进给参数等 几何参数设置在对话框中的刀具视图上双击相应的刀具参数 在弹出的对话框中可进行参数编辑 也可以单击对话框中的 More 按钮 在展开的对话框中选择 Geometry 标签进行参数编辑 如果要使用球头刀 需选中对话框中的 Ball EndTool 复选框 技术参数设置在展开的对话框中选择 Technology 标签进行参数编辑 可设置刀具刃数 刀具旋转方向 刀具拔模角 刀具材料等参数 进给参数设置在展开的对话框中选择 Feed Speeds 标签进行参数编辑 可设置进给速度 主轴转速 每齿进给量等参数 需根据加工情况进行设置 CATIA数控加工基本操作 90 2 刀具管理创建刀具都保存在 ResourcesList 结点下 在刀具结点上单击鼠标右键 弹出的菜单中包含了刀具相关的各种操作 对刀具编辑修改选择右键菜单 NCResources EditNCResources 命令 将弹出 刀具定义 对话框 可对刀具所有参数进行编辑 修改 删除无用刀具选择右键菜单 NCResources DeleteUnusedResources 命令 将删除没有用到的刀具 否则无法删除 删除无用刀具选择右键菜单 NCResources DeleteUnusedResources 命令 将删除没有用到的刀具 否则无法删除 CATIA数控加工基本操作 91 将刀具保存到刀库选择右键菜单 NCResources SendtoCatalog 命令 可以将选定的刀具保存在用户指定的目录下 刀库 以便再次调用 单击该按钮 选择保存路径 保存刀具对话框 CATIA数控加工基本操作 92 3 刀具调用创建库后 可以进行调用 方法是在相应的加工对话框的刀具标签下 或者在 换刀 对话框中 单击 查询选择刀具Selectatoolwithquery 按钮 在弹出的对话框中选择刀库和需要刀具 查询选择刀具 CATIA数控加工基本操作 93 五 进退刀方式在每一个加工操作中 都可以定义该加工的进退刀方式 在特征树中双击相应的加工结点 弹出加工参数设置对话框 在对话框中选择 进刀 退刀 标签 可进行进退刀方式的设置 在 MacroManagement 选项区中列出了不同情况下的进退刀方式 Approach起点进刀 加工开始刀具进入切削起点的方式 Retract终点退刀 该加工结束时的退刀方式 Clearance退回安全平面 在安全平面上移动到下一个刀点 再进刀的方式 常用于避让不切削部位 如夹具 CATIA数控加工基本操作 94 LinkingApproach Retract连接进刀 退刀 用于连接不连续刀路 ReturnaLevelApproach Retract同层间的进刀 退刀 同于连接同层间的不连续刀路 ReturnFinishPassApproach Retract完成粗加工后的精加工进刀 退刀方式 ReturnBetweenLevelsApproach Retract用于不同切削层之间刀路的连接 CATIA数控加工基本操作 95 上述不同进退刀方式的设置方法相同 下面以起点进刀和以终点退刀方式为例 说明进刀和退刀方式的建立 在 MacroManagement 选项区中选择需要的项目 右键单击 在弹出的菜单中选择 激活Activate 指示灯 红色为非激活 黄色为激活 绿色为已设置 拉下来用户就可以利用对话框中提供的各种工具来建立进刀和退刀路径 进 退刀方式设置 CATIA数控加工基本操作 96 相切运动创建一个与加工表面相切的进刀路径 双击视图中的数值可编辑相切运动长度 或者路径 在弹出的对话框中编辑长度 与垂直方向的夹角 与水平方向的夹角 单击 号可出现预览视图 如图所示 设置相切进刀方式设置 CATIA数控加工基本操作 97 添加一段垂直进刀路径 垂直运动添加一个与前面刀路相垂直的进 退刀路径 设置方法与前述方法相似 如图所示 CATIA数控加工基本操作 98 添加一段轴向进刀路径 轴向运动创建或添加一段与刀轴平等的进 退刀路径 设置方法与前述方法相似 如图所示 要注意轴线运动之前不能插入其它运动 CATIA数控加工基本操作 99 指定用于设置进刀路径的参考平面 设定进刀路径的方向 垂直与指定平面的运动创建或添加一段与指定平面垂直的进 退刀路径 平面的创建方法与安全平面的创建相似 指定方向的运动创建或添加一段指定方向的直线进 退刀路径 在感应区中的直线上单击 然后可以通过选择视图中零件几何要素或通过设定方向单位矢量的方式指定 CATIA数控加工基本操作 100 圆弧进刀路径 斜线运动创建或添加一段螺旋进 退刀路径 可设置每一刀层在水平面及垂直面的距离 倾斜角等 如图所示 螺旋进刀路径 圆弧运动创建或添加一段圆弧进 退刀路径 设置方法与前述方法相似 如图所示 CATIA数控加工基本操作 101 感应区中的点标志 到指定点的进刀路径 到指定平面开始的运动创建或添加一段到指定平面的轴线运动进 退刀路径 方法与设置前述垂直与指定平面运动相似 刀具轴线运动可以选择一个几何元素或设定一个方向矢量 来指定刀具的轴线方向 这里确定的仅仅是刀轴的方向 还需要添加其它的进 退刀路径 到指定点运动可以创建或添加一个到指定点开始的进 退刀路径 在感应区中单击点标志 再在视图中选择一个点作为指定点即可 CATIA数控加工基本操作 102 六 设置切削用量在设置了刀具参数及刀路之后 可以设置切削速度 进刀速度 退刀速度等切削用量参数 在特征树中双击相应的加工结点 弹出加工参数设置对话框 在对话框中选择 切削用量 标签 可进行切削用量参数的设置 在 进给速率Feedrate 选项区主要包含 进刀速率Approach 退刀速率Retract 进给速率Machining 精加工进给速率Finishing 主轴转速Machining 等 可根据加工需要进行设置 进给参数设置 CATIA数控加工基本操作 103 完整进退刀路线建立实例 在 PartOperation 1 对话框中定义机床 加工零件模型 夹具模型等加工要素 在 ManufacturingProgram 1 结点下添加一个轮廓铣削加工过程 由于所加工的轮廓不是完整轮廓 所以在定义轮廓时 可选择一个边界线段 确定拾取方向 再定义一个边界 可定义要加工的部分轮廓 如图所示 CATIA数控加工基本操作 104 定义加工轮廓 CATIA数控加工基本操作 105 完整进退刀路线建立实例 在 进退刀 标签中 激活 进刀 和 退刀 选择 Circularhorizontalaxial 模式 并将参数改为如图所示 刀轨中绿色表示切削路径 黄色表示进刀 蓝色表示退刀 红色表示快速定位 进退刀设置 刀轨仿真结果 CATIA数控加工基本操作 106 完整进退刀路线建立实例 由于在快速定位刀轨中 采用了圆弧过渡 可在操作选项中取消圆弧过渡 可能切削到夹具 为了安全 可将 连接进刀 和 连接退刀 项激活 将其刀轨设置为轴运动 将值改为30mm 添加连接进 退刀的轴运动 刀轨仿真结果 CATIA数控加工基本操作 107 CATIA数控加工基本操作 完整进退刀路线建立实例 由于在添加的接连进刀中采用的是快进 切削检验时检验到碰撞 所以需要将接连进刀模式改为 由用户建立 添加一个切削进给的轴运动 在感应区刀轨上右键单击可设置不同的进给速度 PARPID是快速进给 Local可自定义进给速率 通过右键菜单设置进给参数 最终刀轨仿真结果 108 七 刀路仿真及切削检验已经建立的加工操作可以将其刀具路径显示出来 并且模拟数控加工的走刀过程 可以模拟数控加工的切削过程 观察刀具切削的过程及剩余材料 1 刀路仿真刀路仿真可以让用户直观地观察刀具的运动轨迹 以检验各种参数定义的合理性 在特征树中双击某个加工操作结点 即可弹出加工操作设置对话框 在对话框中单击 刀路仿真 按钮 或者右键单击某个加工操作结点 在右键菜单中选择 刀路仿真 将弹出如图所示的刀路仿真对话框 CATIA数控加工基本操作 109 刀路仿真对话框中与刀路仿真相关部分包括刀具运动仿真 当前刀路信息和刀路显示选项 刀具运动仿真部分提供了5个动画控制选项 或F7向前播放 或F6向后播放 或F4暂停播放 或F5返回到当前操作刀路起点 或F8到当前操作刀路终点或到下一步操作起点 CATIA数控加工基本操作 110 刀路仿真对话框中所提供的刀路信息包括 Feedrate当前进给速率 X Y Z当前刀尖点的坐标 I J K当前刀轴的单位方向矢量 Machiningtime切削时间 Totaltime总的走刀时间 包括切削时间及非切削时间 CATIA数控加工基本操作 111 刀路仿真中的刀路显示选项包括以下类型 刀路播放模式有以下几种 按进给速率播放 即对于不同进给速率的刀路分别播放 按刀位点播放 连续播放模式 按平面播放 即对于分层的刀路逐层播放 CATIA数控加工基本操作 112 在刀具运动过程中 刀具的显示模式有三种 只在当前点显示刀具 如下图a所示 在每个刀位点显示刀具轴线 如下图b所示 在每个刀位点显示刀具 如下图c所示 图 a 图 b 图 c CATIA数控加工基本操作 113 刀路的颜色显示模式有两种 图 a 图 b 相同颜色模式 即刀路都以相同的颜色显示 如下图a所示 彩色模式 即不同类型刀路以不同颜色显示 如下图b所示 不同类型刀路的显示颜色可在 操作 对话框中设置 CATIA数控加工基本操作 114 2 加工结果拍照在刀路仿真对话框中 单击 加工结果 按钮 切换到拍照窗口 如图所示 视图区中出现了当前已经完成设置的加工操作加工后零件的状况 加工结果拍照窗口 CATIA数控加工基本操作 115 在加工结果拍照窗口 可用下列两种方式查看加工表面信息 查看某一点的加工信息 在加工表面的某一点单击鼠标 弹出对话框 显示了对该点进行加工的操作名称 加工余量 该点的坐标和刀具名称等信息 将视图放大 在加工表面的某一点单击右键 在弹出菜单中选择 Closeup 将会显示该点邻近区域的局部放大视图 如果要回复到全景状态 可以在零件任意部位单击右键 选择 Stock 菜单项 查看加工表面状况 CATIA数控加工基本操作 116 加工结果分析对话框 3 加工分析在刀路仿真对话框中 单击 分析Analyze 按钮 弹出分析对话框 如图所示 可以将加工结果与设计目标进行比较 分析只在拍照模式和切削仿真模式下可用 CATIA数控加工基本操作 117 切削结果分析有3种类型 剩余材料分析结果 RemainingMaterial剩余材料分析 在对话框中选中 RemainingMaterial 复选框 可以设置不同厚度剩余材料的显示颜色 点击对话框下方的 应用 按钮即可对当前加工后的剩余材料状况进行分析 CATIA数控加工基本操作 118 过切分析结果 Gouge过切分析 在对话框中选中 Gouge 复选框 可以设置不同厚度过切的显示颜色 点击对话框下方的 应用 按钮即可对当前加工后的过切