基于CATIA的鏡像加工研究

王鋒強(qiáng)，賈運(yùn)偉，蓋永亮

（航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710077）

1 對(duì)稱(chēng)件簡(jiǎn)介

對(duì)稱(chēng)是具有廣泛意義的一個(gè)概念。在機(jī)械制造中，對(duì)稱(chēng)性是機(jī)械制造系統(tǒng)在制造物質(zhì)、制造信息及制造能量等方面的多個(gè)組成元素之間所具有的某種或某些有規(guī)律的重復(fù)性或不變性，包含對(duì)稱(chēng)主體、對(duì)稱(chēng)組元及對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)等三大要素。對(duì)稱(chēng)主體是對(duì)稱(chēng)的載體，如單獨(dú)的零件；對(duì)稱(chēng)組元是對(duì)稱(chēng)性中具有重復(fù)性規(guī)律的多個(gè)組成元素，如零件的點(diǎn)、線(xiàn)、面；對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)指的是重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)稱(chēng)線(xiàn)、旋轉(zhuǎn)軸等。

對(duì)稱(chēng)零件，或稱(chēng)鏡像零件，如圖1所示，是僅通過(guò)一個(gè)平面正中矢面，將一個(gè)零件轉(zhuǎn)變?yōu)榛ハ囡@鏡像關(guān)系的另一個(gè)零件，而這兩個(gè)零件即為對(duì)稱(chēng)件。在對(duì)稱(chēng)件的加工過(guò)程中，鏡像加工程序也被稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)加工程序。鏡像加工程序的原理是，加工任何一種與正中矢面相對(duì)應(yīng)的組元，都可以在對(duì)稱(chēng)程序的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)零件的加工。

圖1 對(duì)稱(chēng)零件示例

2 程序編制

對(duì)于對(duì)稱(chēng)件，為了提高加工效率，減少調(diào)試換刀耗時(shí)，在其中一個(gè)零件基于CATIA的程序調(diào)試、修改完成后，為了提升加工效率，使用“Copy Transformation Instruction”功能，鏡像程序，即可完成對(duì)稱(chēng)件的程序編制。

2.1 功能簡(jiǎn)介

CATIA軟件是PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，我公司目前在數(shù)控加工中使用的軟件是CATIA V5R21（下文簡(jiǎn)稱(chēng)CATIA）。

在CATIA軟件中的NC Manufacturing模塊下，有四種加工模式：Lathe Machining、Prismatic Machining、Surface Machining、Advanced Machining。在這些加工模式下，都可以使用“Copy Transformation Instruction”功能，即“路徑位移或旋轉(zhuǎn)復(fù)制”。該功能可以對(duì)程序段進(jìn)行移動(dòng)、鏡射、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種處理，就對(duì)稱(chēng)件選用鏡射命令處理對(duì)稱(chēng)加工程序即可。

2.2 操作設(shè)置

“Copy Transformation Instruction”中鏡射功能是基于CATIA的數(shù)控程序而完成的動(dòng)作，操作步驟如下：

1）打開(kāi)Process編程文件，進(jìn)入NC加工工作臺(tái)，如圖2所示。

圖2 編程工作臺(tái)

2）在Product提前加入兩對(duì)稱(chēng)件的設(shè)計(jì)和毛坯模型，點(diǎn)擊Part Operation（加工設(shè)定），調(diào)整design part selected（設(shè)計(jì)模型）和stock selected（毛坯模型）為所需編程零件（右件），以便仿真檢查刀具路徑。

3）在已有Manufacturing Program1（制造程式1）基礎(chǔ)上，新建Manufacturing Program2（制造程式2），作為鏡像后的新制造程式，如圖3所示。

圖3 加工設(shè)定對(duì)話(huà)框

4）鼠標(biāo)左擊樹(shù)狀目錄上的Manufacturing Program2條目，定位鏡像程序，然后點(diǎn)擊“Copy Transformation Instruction”，彈出對(duì)話(huà)框，如圖4所示，選擇鏡射轉(zhuǎn)換形式后按需進(jìn)行設(shè)置。

圖4 路徑位移或旋轉(zhuǎn)復(fù)制對(duì)話(huà)框

a—Add operations（新增步驟），用于選定需要鏡向的程式

b—Number of copies（復(fù)制數(shù)目），對(duì)于鏡像操作，設(shè)定為1即可

c—Ordering（順序），可設(shè)置所有動(dòng)作N次或每一動(dòng)作N次，N即為復(fù)制數(shù)目

d—Transformation type（轉(zhuǎn)換形式），在進(jìn)行鏡像操作時(shí)選擇Mirror（鏡射）即可

e—Mirror（鏡向），用于選定程式鏡向的正中矢面（即對(duì)稱(chēng)面）

5）完成設(shè)置后，點(diǎn)擊Tool Path Replay（刀具路徑演示），可模擬鏡像后的加工路徑，如圖5所示，在確認(rèn)加工路徑無(wú)誤后退出演示。

圖5 顯示刀具軌跡

6）完成鏡像操作后，選定Manufacturing Program2條目，點(diǎn)擊Generate NC Code Interactively（在互動(dòng)式作業(yè)中產(chǎn)生NC碼）輸出NC碼。

2.3 注意事項(xiàng)

在應(yīng)用CATIA編制兩對(duì)稱(chēng)零件左件（或右件）的數(shù)控程序時(shí)，個(gè)人都會(huì)有自己的操作習(xí)慣，但為了方便將最終加工程序鏡射后應(yīng)用于右件（或左件）加工上，建議在Product中提前加入兩對(duì)稱(chēng)件的設(shè)計(jì)和毛坯模型，同時(shí)編程設(shè)置時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）將程序坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在兩對(duì)稱(chēng)零件的鏡向正中矢面上，加工時(shí)可以不需要再更改坐標(biāo)系。

2）設(shè)置新的Manufacturing Program（制造程式），以方便切削仿真及NC碼輸出。

3）在設(shè)置Add Operations時(shí)，以刀具為分界點(diǎn)，一刀具一鏡射，以便后期調(diào)試更改。

4）鏡射后所有刀具路徑會(huì)合并成一段路徑，當(dāng)需要更改鏡射程式時(shí)，需先更改被鏡像的程式，再重新對(duì)該段程式進(jìn)行鏡射操作。

3 實(shí)例分析

3.1 零件介紹

左右對(duì)稱(chēng)件的機(jī)加方案一致，在精加工左件后，可直接在CATIA中用“Copy Transformation Instruction”鏡射數(shù)控程序，用于右件加工，其毛坯、裝夾、坐標(biāo)等如圖6所示，坐標(biāo)原點(diǎn)位于鏡向正中矢面上。

圖6 左件+右件

3.2 鏡向加工

在示例左件精加工完成后的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述步驟，進(jìn)行鏡射操作：

1）在Part Operation（加工設(shè)定）中更換design part selected（設(shè)計(jì)模型）和stock selected（毛坯模型）為右件模型。

2）新建Manufacturing Program2；

3）在Manufacturing Program2條目下，進(jìn)行“Copy Transformation Instruction”命令，以刀具為斷點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置；

4）在Tool Path Replay（播放刀具路徑）中仿真檢查切削路徑，點(diǎn)擊打開(kāi)對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊Video From Last Saved Result（切削影片）進(jìn)行模擬切削；在模擬加工完成后點(diǎn)擊Analyze（分析），根據(jù)零件尺寸公差要求，設(shè)定容差及各顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值后，對(duì)比刀具路徑模擬切削結(jié)果與設(shè)計(jì)三維實(shí)體間的差異，分析過(guò)切與殘余，再進(jìn)行修改，如圖7所示。在確認(rèn)加工程式無(wú)誤后，輸出NC碼。

圖7 切削仿真分析

在對(duì)稱(chēng)兩零件左右件的實(shí)際加工中，數(shù)控編程是在左件加工完成后的程式基礎(chǔ)上，鏡向處理得到的右件程序，左右件數(shù)控加工程式模擬切削后對(duì)比如圖8所示。

圖8 左件仿真+右件仿真

在輸出NC碼后，對(duì)左右件的進(jìn)行實(shí)際零件加工切削，最終尺寸檢驗(yàn)均合格，加工實(shí)物如圖9所示。

圖9 左件加工實(shí)物+右件加工實(shí)物

4 結(jié)束語(yǔ)

基于CATIA的數(shù)控加工編程技術(shù)，目前是很多航空企業(yè)數(shù)字化加工的重要組成部分，這在一定范圍內(nèi)擺脫了實(shí)際切削驗(yàn)證的弊端，但卻增加了數(shù)控編程工作的強(qiáng)度及風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)復(fù)雜的對(duì)稱(chēng)零件，為了更快、更準(zhǔn)、更高效地完成零件加工，充分應(yīng)用軟件的功能指令是必要的。通過(guò)詳細(xì)的介紹“Copy Transformation Instruction”的應(yīng)用方法及注意事項(xiàng)，并列舉應(yīng)用實(shí)例?？梢钥闯?，在適宜的加工需求下，鏡向指令的使用可以大幅提升編程及加工效率，降低加工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)類(lèi)似的數(shù)控編程加工具有一定的借鑒意義。