基于CATIAV5的泵体数控加工仿真

·66· 计算机应用技术 机械 2010年第9期 总第37卷
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收稿日期：2010－03－26
作者简介：崔彦彬（1961－），男，河北沧州人，副教授，主要研究方向为工业设计及CAD/CAE 。

基于CATIA V5的泵体数控加工仿真
崔彦彬，车磊，张琦
（华北电力大学，机械系，河北 保定 071003）
摘要：利用CATIA V5软件的加工模块对泵体零件进行数控加工仿真。

首先进行泵体零件的三维实体建模，并根据零件的特点进行加工工艺分析和设置加工参数，然后利用加工模块实现实体的仿真刀具路径及快速虚拟数控加工，同时检验数控刀具路径是否有过切和干涉现象，最后将达到要求加工程序以数控机床能识别的格式输出。

一方面可以方便地实现零件的数控编程，生成高效、高精度的NC 程序；另一方面,可以通过实体仿真刀具路径，检验是否有明显的过切或者干涉现象，及时做出相应的修改，从而大大提高了实际加工效率，进而缩短了生产周期。

关键字：CATIA V5；仿真；流程图；数控程序
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2010) 09－0066－03
NC machining simulation of the pump based on CATIA V5
CUI Yan-bin ，CHE Lei ，ZHANG Qi
(Department of Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
Abstract ：Using the processing module of CATIA V5 software, this paper expounds the method and process of NC machining simulation for the parts of pump. First of all, model for the parts of pump in the three-dimensional solid modeling ，make process analysis in accordance with the characteristics of parts ，and set processing parameters. Then achieve the simulation of tool path for the entity and fast virtual NC processing by using the processing module of CATIA V5 software, check the tool path to be sure whether there had been excessive cutting and interference or not at the same time. Finally, output the desirable processing orders in the format that can be identified by NC machine. On the one hand it can easily implement NC programming, and produce efficient, high precision NC program; the other hand, through the physical simulation tool path to test whether there is significant cross-cutting or interference, in a timely manner and make the appropriate changes to greatly increased the efficiency of the actual processing, thereby shortening the production cycle. Key words ：CATIA V5；simulation ；flowchart ；NC program
在信息化技术蓬勃发展的推动下，制造业面临着一个以提升竞争能力为目标的构建数字化企业的时代。

数控加工技术集传统的机械制造、计算机、信息处理、现代控制、传感检测等光机电技术于一体，是现在机械制造技术的基础，而数控加工程序的编制以及加工仿真显得尤为重要。

本文以泵体零件为例，利用高端数控仿真软件CATIA V5对其进行数控加工仿真。

CATIA V5是法国达索公司的大型高端CAD/ CAE/CAM 一体化应用软件，它涵盖了机械产品开发的整个过程，并提供比较完善的集成环境。

CATIA V5的数控加工仿真由以下几个模块组成，即：图形
界面化的工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块及资源（刀具库、机床库、工艺文档）管理模块等。

CATIA V5能够模拟数控加工的全过程，其流程图如图1所示。

1 创建泵体模型
利用CATIA V5强大的三维实体造型功能进行建模如图2所示。

在进入CATIA V5数控加工平台前先选择下拉菜单[工具]-[选项]命令，在系统弹出[选项]对话框左侧选择[加工]选项，然后单击[General]选项卡，选中[Create a CATPart to store
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geometry]，系统会自动创建一个毛坯文件。

单击[开始]菜单中[加工]模块中的[Surface Machining]命令，这样就在窗口中构建了一个由泵体加工零件和毛坯零件装配在一起的制造模型，如图3所示。

图1 CATIA 数控加工流程图
2 加工工艺分析与规划
在机械零件的加工中，加工工艺的制定非常重要，一般先是进行粗加工，然后再进行精加工。

粗加工时，刀具进给量大，机床主轴的转速较低，目
的是切除大量的材料，提高加工的效率。

在进行精加工时，刀具的进给量小，主轴的转速较高，加工的精度高，以达到零件加工精度要求。

本文以泵体为例，介绍在多工序加工中粗精加工工序的安排及相关加工工序的制定。

针对泵体零件的数控加工特点，首先要对零件的端面进行带有余量的粗铣加工，对面积大且没有任何曲面或凸台的表面进行一次铣削加工；然后对零件进行钻孔加工，为了提高加工效率把特性相同的几个孔在一次装夹中完成加工；接着对泵体型腔进行铣削；最后对泵体零件端面进行去除余量的精铣加工和铣削大面积没有任何曲面或凸台的泵体表面。

规划出的加工工艺方案如表1所示。

图2 泵体三维模型 图3 泵体制造模型
表1 泵体的数控加工工艺方案
序号 加工阶段 刀具类型 刀具直径/mm 刀具总长度
/mm 主轴转速/（r/min ）进给速度 /（mm/min ）
刀具切削速度 /（mm/min ） 退刀速度 /（mm/min ）
1 粗加工 立铣刀 15 100 700 300 3000 3000
2 平面铣削（1） 面铣刀 50 30 1200 300 1000 2500
3 钻孔加工（1） 钻头 6 60 600 100 300 500
4 钻孔加工（2） 钻头 6 60 500 100 260 200
5 型腔铣削 立铣刀
6 35 1800 200 1500 3000 6 精加工 立铣刀 15 100 1000 200 3000 3000 7
平面铣削（2）
面铣刀
50
30
1200
100
1000
2500
3 泵体的数控加工仿真
（1）零件操作定义
零件操作定义主要包括选择加工的数控机床、创建加工坐标系、确定加工零件的毛坯及加工的目标零件等内容。

对于泵体零件的一般步骤如下：①选择加工的数控机床。

在左侧的特征树中双击[Part Operation.1]节点，系统弹出[Part Operation]对话框，单击对话框中的[machine]按钮，在弹出的[Machine Editor]对话框中选择需要的数控机床。

本文选择三轴联动机床[3-axis Machine]。

②创建加工坐标系。

在[Part Operation]对话框中单击[创建加工坐标系]按钮，系统弹出[Default reference machining axis for
Part Operation]对话框，单击对话框中的[坐标原点]，然后在图形区域选待创建成坐标原点的点。

③确定加工零件毛坯及加工的目标零件。

在[Part Operation]对话框中单击[凹槽]按钮在图形区选择毛坯，单击[创建毛坯]按钮在图形区选择目标零件。

（2）加工参数设置
加工参数的设置主要包括：设置几何参数、定义刀具参数、设置进给率、设置刀具路径和进刀/退刀等。

设置几何参数是通过[Pocketing.1]对话框中的[几何参数]选项卡选择需要加工的区域和设置相关参数。

定义刀具参数时，需要根据加工方法及加工区域来确定，参数的设置通过[Pocketing.1]对话框中的定义道具参数选项卡来完成。

进给率是在
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[Pocketing.1]对话框的[进给率]选项卡中进行定义，其中包括进给速度、切削速度、退刀速度和主轴转速的参数。

设置刀具路径参数就是通过定义一些参数来规定刀具在加工过程中所走的轨迹，它是在[Pocketing.1]对话框的[刀具路径参数]选项卡中进行定义，由于利用的加工方法不同，刀具路径也有所不同。

进刀/退刀路径的定义对刀具的使用寿命以及所加工零件的质量有极大的影响，所以应正确地定义该参数，它是在[Pocketing.1]对话框的[进刀/退刀路径]选项卡中进行定义。

（3）生成数控刀路
根据加工工艺路线，利用CATIA V5依次做出粗加工（图4）、平面铣削（图5）、钻孔加工（图6）、型腔铣削（图7）的零件数控加工刀路。

图4 粗加工图5 平面铣削
图6 钻孔加工图7 型腔铣削
（4）检验数控刀具路径
为确保数控程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查、校验，主要有刀路是否有明显过切或者加工不到位/再者是否发生干涉等现象。

对发现的问题，应该及时调整参数，再重新进行计算、检验，直到准确无误为止。

CATIA V5提供了“Analyze”功能，用于检测分析加工后的零件是否有剩余材料和过切，根据分析的结果对加工参数进行修改以达到所需的加工要求。

（5）后处理及生成程序
利用CATIA V5软件生成的加工过程路径文件之后，并不能直接驱动数控机床加工零件，还需要进行后处理将加工操作中的加工刀路转换为数控机床可以识别的数控程序。

选择下拉菜单[工具]中的[选项…]命令，在系统弹出的对话框中选中[IMS]选项，单击[确定]按钮。

在特征数中右击[Manufacturing Program.1]，在弹出的快捷菜单中选择[Generate NC Code Interactively]命令，在弹出的[Generate NC Output Interactively]对话框中单击[In/Out]选项卡，然后在[NC data type]下拉列表中选择[NC Code]选项，最后设置保存文件的路径。

这样就可以使生成的程序被数控机床识别了。

但现代数控系统的体系结构很多，不同品牌数控机床的编程指令并不是统一的，所以还要选择加工机床。

CATIA V5提供了数十种不同的加工机床，本文选择FANUC数控机床。

用记事本打开生成的程序，部分程序代码如下：%
O1000
N1 G49 G54 G20 G80 G40 G90 G23 G94 G17 G98
N2 T1 M6
N3 G0 X1.8662 Y12.2056 S70 M3
…………
…………
N400 G2 X-.3136 Y17.9836 I3. J0
N401 G1 Z10. F3000.
N402 M30
%
4 结语
本文利用CATIA V5软件对泵体零件进行3D 建模和数控加工仿真生成数控程序。

在加工仿真过程中，直观地看到了NC程序中刀具路径的刀具动作和材料切除、验证加工质量和正确性，同时也直观地看到了设计中产生的错误和加工过程中的空行程动作，有助于NC程序和加工工艺的优化。

参考文献：
[1]郑红. 数控加工编程与操作[M]. 北京：北京大学出版社，2005.
[2]罗学科，谢富春. 数控原理与数控机床[M]. 北京：化工工业出版社，2004.
[3]吴明友. 数控加工自动编程CATIA V5[M]. 北京：清华大学出版社，2008.
[4]谢汉龙. CATIA数控加工的方法和流程[J]. CAD/CAM与制造业信息化，2007，（08）：86-90.
[5]张霞，杨岳. 数控加工仿真中毛坯数据模型[J]. 机械设计与制造，2009，（09）：181-182.
[6]余碧琼. 基于数控加工的工艺分析[J]. 装备制造技术，2009，（06）：106-107.。