基于CATIA的镜像加工研究

王锋强，贾运伟，盖永亮

（航空工业庆安集团有限公司，陕西 西安 710077）

1 对称件简介

对称是具有广泛意义的一个概念。在机械制造中，对称性是机械制造系统在制造物质、制造信息及制造能量等方面的多个组成元素之间所具有的某种或某些有规律的重复性或不变性，包含对称主体、对称组元及对称基准等三大要素。对称主体是对称的载体，如单独的零件；对称组元是对称性中具有重复性规律的多个组成元素，如零件的点、线、面；对称基准指的是重复性的标准，如对称线、旋转轴等。

对称零件，或称镜像零件，如图1所示，是仅通过一个平面正中矢面，将一个零件转变为互相显镜像关系的另一个零件，而这两个零件即为对称件。在对称件的加工过程中，镜像加工程序也被称为对称加工程序。镜像加工程序的原理是，加工任何一种与正中矢面相对应的组元，都可以在对称程序的基础上实现对称零件的加工。

图1 对称零件示例

2 程序编制

对于对称件，为了提高加工效率，减少调试换刀耗时，在其中一个零件基于CATIA的程序调试、修改完成后，为了提升加工效率，使用“Copy Transformation Instruction”功能，镜像程序，即可完成对称件的程序编制。

2.1 功能简介

CATIA软件是PLM协同解决方案的一个重要组成部分，我公司目前在数控加工中使用的软件是CATIA V5R21（下文简称CATIA）。

在CATIA软件中的NC Manufacturing模块下，有四种加工模式：Lathe Machining、Prismatic Machining、Surface Machining、Advanced Machining。在这些加工模式下，都可以使用“Copy Transformation Instruction”功能，即“路径位移或旋转复制”。该功能可以对程序段进行移动、镜射、旋转、缩放等多种处理，就对称件选用镜射命令处理对称加工程序即可。

2.2 操作设置

“Copy Transformation Instruction”中镜射功能是基于CATIA的数控程序而完成的动作，操作步骤如下：

1）打开Process编程文件，进入NC加工工作台，如图2所示。

图2 编程工作台

2）在Product提前加入两对称件的设计和毛坯模型，点击Part Operation（加工设定），调整design part selected（设计模型）和stock selected（毛坯模型）为所需编程零件（右件），以便仿真检查刀具路径。

3）在已有Manufacturing Program1（制造程式1）基础上，新建Manufacturing Program2（制造程式2），作为镜像后的新制造程式，如图3所示。

图3 加工设定对话框

4）鼠标左击树状目录上的Manufacturing Program2条目，定位镜像程序，然后点击“Copy Transformation Instruction”，弹出对话框，如图4所示，选择镜射转换形式后按需进行设置。

图4 路径位移或旋转复制对话框

a—Add operations（新增步骤），用于选定需要镜向的程式

b—Number of copies（复制数目），对于镜像操作，设定为1即可

c—Ordering（顺序），可设置所有动作N次或每一动作N次，N即为复制数目

d—Transformation type（转换形式），在进行镜像操作时选择Mirror（镜射）即可

e—Mirror（镜向），用于选定程式镜向的正中矢面（即对称面）

5）完成设置后，点击Tool Path Replay（刀具路径演示），可模拟镜像后的加工路径，如图5所示，在确认加工路径无误后退出演示。

图5 显示刀具轨迹

6）完成镜像操作后，选定Manufacturing Program2条目，点击Generate NC Code Interactively（在互动式作业中产生NC码）输出NC码。

2.3 注意事项

在应用CATIA编制两对称零件左件（或右件）的数控程序时，个人都会有自己的操作习惯，但为了方便将最终加工程序镜射后应用于右件（或左件）加工上，建议在Product中提前加入两对称件的设计和毛坯模型，同时编程设置时还应注意以下几点：

1）将程序坐标原点设置在两对称零件的镜向正中矢面上，加工时可以不需要再更改坐标系。

2）设置新的Manufacturing Program（制造程式），以方便切削仿真及NC码输出。

3）在设置Add Operations时，以刀具为分界点，一刀具一镜射，以便后期调试更改。

4）镜射后所有刀具路径会合并成一段路径，当需要更改镜射程式时，需先更改被镜像的程式，再重新对该段程式进行镜射操作。

3 实例分析

3.1 零件介绍

左右对称件的机加方案一致，在精加工左件后，可直接在CATIA中用“Copy Transformation Instruction”镜射数控程序，用于右件加工，其毛坯、装夹、坐标等如图6所示，坐标原点位于镜向正中矢面上。

图6 左件+右件

3.2 镜向加工

在示例左件精加工完成后的基础上，根据上述步骤，进行镜射操作：

1）在Part Operation（加工设定）中更换design part selected（设计模型）和stock selected（毛坯模型）为右件模型。

2）新建Manufacturing Program2；

3）在Manufacturing Program2条目下，进行“Copy Transformation Instruction”命令，以刀具为断点进行设置；

4）在Tool Path Replay（播放刀具路径）中仿真检查切削路径，点击打开对话框，点击Video From Last Saved Result（切削影片）进行模拟切削；在模拟加工完成后点击Analyze（分析），根据零件尺寸公差要求，设定容差及各颜色对应的数值后，对比刀具路径模拟切削结果与设计三维实体间的差异，分析过切与残余，再进行修改，如图7所示。在确认加工程式无误后，输出NC码。

图7 切削仿真分析

在对称两零件左右件的实际加工中，数控编程是在左件加工完成后的程式基础上，镜向处理得到的右件程序，左右件数控加工程式模拟切削后对比如图8所示。

图8 左件仿真+右件仿真

在输出NC码后，对左右件的进行实际零件加工切削，最终尺寸检验均合格，加工实物如图9所示。

图9 左件加工实物+右件加工实物

4 结束语

基于CATIA的数控加工编程技术，目前是很多航空企业数字化加工的重要组成部分，这在一定范围内摆脱了实际切削验证的弊端，但却增加了数控编程工作的强度及风险。针对复杂的对称零件，为了更快、更准、更高效地完成零件加工，充分应用软件的功能指令是必要的。通过详细的介绍“Copy Transformation Instruction”的应用方法及注意事项，并列举应用实例。可以看出，在适宜的加工需求下，镜向指令的使用可以大幅提升编程及加工效率，降低加工风险。对类似的数控编程加工具有一定的借鉴意义。