王锦　董强

摘 要：随着科技的发展和社会的进步，自由曲面在各行各业中的应用日渐广泛，在应用自由曲面的过程中，如何进行自由曲面的精确设计至关重要。CAD技术和数控机床的发展对于自由曲面的设计和加工有着重要的作用。基于以上，本文分别研究了基于CATIA的自由曲面设计和自由曲面数控加工，旨在为自由曲面的相关应用实践提供参考。

关键词：CATIA；自由曲面；设计；数控加工

0前言

自由曲面设计相对复杂，涉及到繁琐的计算和众多程序段，在自由曲面谁和数控加工过程中，手工编程的局限性逐渐凸现出来，如何合理的应用自动变成至关重要。借助CAD模块进行建模，之后利用CAM模块来产生刀具路径，后置处理程序产生数控程序，之后借助软件传输到数控机床中，这就实现了自由曲面的自动化设计和数控加工。基于以上，本文简要研究了基于CATIA的自由曲面设计及数控加工。

1基于CATIA的自由曲面设计

CATIA是一种设计软件，其在各个领域都有着重要的应用，CATIA的集成解决方案对于产品的设计和制造有着重要的意义，其特有的混合建模技术和电子样机模块能够较大程度提升企业竞争力和生产力，下面以萨克斯哨片为例来简要分析基于CATIA的自由曲面设计。

如图1所示，在萨克斯哨片曲面中，A-A侧面图左上端为直线，B-B断面图则看到一段弧线，而C-C断面图的弧线则更加明显。首先对萨克斯哨片的模型进行构建，选择菜单开始/形状的常规曲面设计，系统会弹出对话框，将创建的零件名称输入到零部件名称栏中，之后进入到设计平台[1]。在点定义对话框中进行zx平面坐标值点的定义，利用相同方法在zx平面上创建若干个点，在zx面上创建一条能够通过所有点的曲线。应用快速修剪工具来讲曲线的右端剪掉，删除轴线，退出草图绘制工作台，返回零件设计工作台中，在对话框中构建参考面。按照上述步骤在参考面上绘制曲线，结合曲线和直线在定义对话框中进行定义，之后对相应的草图进行隐藏，这样就能够得到一组结合曲线，之后就可以在多截面曲面定义对话框中创建多截曲面，从而完成基于CATIA的自由曲面设计。

2基于CATIA的自由曲面数控加工

同样以萨克斯哨片为例，上文中创建了哨片的模型，将其中不需要进行加工的部分进行去除，保留加工部分，以此来更好的设置参数，选择加工命令，进入曲面加工模块，在创建毛坯对话框中选择目标零件，从而实现对毛坯零件的创建。之后将所创建的毛坯零件激活，进入零件设计模块，在zx平面上创建相应坐标值点，设置坐标系的坐标和原点，在创建完成之后返回到曲面加工模块中。

2.1设置加工要素

各项加工要素的设置主要在零件操作对话框中完成，主要的加工参数主要有数控机床、几何体以及参考坐标系等。①数控机床设置：在数控机床编辑器对话框中选择三轴联动机床；②参考坐标系设置：在参考坐标系定义对话框中设置坐标系的名称，单机原点，选择之前创建的一个点，单机对话框中的z轴，系统会另外弹出一个对话框，选择手工指定法，对z轴进行设定，单机x轴，会弹出一个另外的对话框，在此对话框中也选择手工指定法，从而完成对x轴的设定[2]；③几何参数设置：首先是对加工目标零件的选择，输入另加加工命令，合理的对特征数进行选择，第二是选择毛坯模型，输入毛坯零件名称，合理的选择特征数，输入安全平面命令，在毛坯上表面进行特征数选择，以此来完成加工几何参数的合理设置。

2.2CATIA模拟加工

对于插入位置来说，首先对相关的结点进行选择，在系统中输入SweepingRough命令之后会弹出对话框，在弹出对话框的加工区域感应区来选择目标另加，此时在凌建生会呈现加工零件字样，之后返回对话框。双击对话框中的加工区域，会弹出一个数值框，在数值框中输入0.0毫米，萨克斯哨片采用的加工材料一般为芦竹，其切削力较小，因此可以应用一次切削成形的方法。

2.3生成数控程序

在特征数中选择相应结点，在弹出的快捷菜单中选择交互式生成数控程序命令，此时系统中会自动弹出对话框，以数控数据格式为基础，进行列表框的下拉动作，选择数控程序卡和数控程序格式，同时可以查看和修改数控程序。之后，将程序号输入到对话框中，即可以实现数控程序的成功生成。对于数控铣床专用程序的输入来说，可以选择电脑输入和手工输入两种方式，这两种方式都是可行的[3]。但需要注意的是，不同的输入方式在工作量以及工作效率上都有着一定的差异性，相较于手工输入来说，电脑输入方式的工作量较小，工作效率较高，因此通常选用电脑输入的方式来进行数控铣床专用程序的输入。

2.4工件数控加工

在工件装夹之后，将数控铣床系统打开，快按“编辑/程式选择”两次，之后进入到选择程序的模式中，实现对档案目录页的显示。将游标移动到要选择的程序中，按“输入键”，以此来选择需要传输进来的数控程序，之后按“重置”键，将程序进行重置处理，紧接着按“启动”键，此时完成数控程序的启动，数控系统会根据数控程序的具体设定来进行工件的数控加工，直到数控加工完成为止。

2.5分析加工结果

通过上述步骤之后，可以通过数控加工来加工出萨克斯哨片工件，数控加工出的哨片有着精度高的特点，有效保证了哨片发音通顺振动的一致性，从而保证了吹奏过程中音色以及音质的纯正性和优美。相较于传统加工方法而言，通过CATIA设计制造的萨克斯哨片不仅质量稳定，同时能够满足萨克斯管和单簧管对于哨片的音质要求和音色要求。由此可见，基于CATIA的自由全面设计及数控监工技术是可行的，加工出的自由曲面产品不仅精度较高、尺寸一致，同时生产效率较高，制造周期较多。

3结论

自由曲面设计相对复杂，涉及到繁琐的计算和众多程序段，传统的手工编程已经不能满足自由曲面的设计要求和加工要求。本文简要研究了基于CATIA的自由曲面设计和数控加工，以萨克斯哨片为例，探讨了具体的設计过程和数控加工流程，旨在为相关自由曲面的设计和加工实践提供参考，从而更好的促进自由曲面设计技术及加工技术的发展。

参考文献：

[1]孙淼.基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工[D].合肥工业大学，2009.

[2]任小萍.基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工研究[J].科技创新导报，2014，v.11；No.32436：22.

[3]邵志香.面向自由曲面数控加工的适应性实时仿真关键技术研究[D].中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2012.

（作者单位：中航飞机汉中航空零组件制造有限公司）