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一、前言
盒体类零件在机械制造行业有着非常重要的地位。目前，盒体零件一般通过数控铣床来加工成型，因此，驱动数控铣床的加工程序影响着盒体零件加工的质量。
笔者从工作中设计的多种盒体中选出了一个具有代表性的盒体，利用CATIAV5的零件设计模块来创建盒体的三维造型，探讨盒体零件数控加工工艺、加工技巧及加工参数的设定，并用软件对其进行了加工仿真。
二、CATIA V5数控加工
CATIA V5的数控加工模块用来定义和管理数控加工程序，使应用三维线框或实体造型设计完成的零件，能用2.5轴到5轴的数控加工技术加工出来。它提供了便于应用和学习的图形界面，非常适合面向生产现场的情况下使用。
CATIA的集成后处理器使NC加工模块覆盖了从刀具轨迹（APT数据和CLFILE文件）产生到NC数据输出的全部过程。
采用CATIAV5软件进行盒体零件的数控加工流程如图1所示。从图中可以看出，CATIAV5数控加工的关键在于加工工艺的制定，包括切削方式的选定及加工参数的设置。
图1 CATIA V5数控加工流程图
三、加工工艺分析与规划
1.工艺分析
（1）为保证型腔的光洁度，加工型腔时应分粗精加工。一般粗加工后的余量为0.1mm～0.5mm之间。如果是薄壁件，则还需要在粗精加工之间增加热处理工序，余量应适当放大。
（2）粗加工时，为避免刀具直扎，应使刀具斜向切入，切入角度一般为2°～5°。
（3）精加工分成轮廓精加工和底面精加工。先进行轮廓的精加工再进行底面的精加工，这样可以保证在对底面进行精加工时不碰到侧壁。
（4）精加工轮廓时，应加上一个径向切入，避免直扎损伤工件。
（5）精加工轮廓的刀具半径应比零件型腔的最小圆角半径要小或一致，这样才能保证圆角的顺利加工。
（6）在点各孔位的时候，应按平面来，先点最高平面的孔，依次往下。
2.工艺制定
加工本盒体采用了基于Fanuc0系统的四轴联动加工中心。具体加工工艺方案如表所示。
四、盒体零件的加工仿真
1.创建盒体三维实体造型
选择下拉菜单栏“开始”→“机械设计”→“零件设计”，进入到零件设计模块。在零件设计模块里，利用“凸台”、“凹槽”、“孔”和“倒圆角”等命令完成三维实体造型如图2所示。
图2 盒体三维造型
2.创建盒体毛胚
在进行加工之前，应先创建盒体的毛胚。点击“工具”→“选项”，找到“加工”→“general”选项卡，在“Complentary Geometry”栏勾选“Create a CATPart to store geometry”。勾选后，加工时创建的毛胚将单独保存在一个文件中。
点击下拉菜单“开始”→“加工”→“Surface Machining”进入曲面加工模块。然后点击“GeometryManagement”工具栏的“Creates roughstock”命令进入毛坯创建命令。此时单击盒体造型，则CATIA将为盒体自动创建一个毛坯。检查尺寸无误后，完成毛胚的创建，如图3所示。
图3 盒体毛胚
3.零件操作定义
零件操作定义（Part Operation）用来设定零件的加工环境，包括数控加工机床的选择、加工坐标系的创建、零件毛胚和加工目标零件的选择以及安全平面的创建等。具体的加工环境设定如下。
（1）数控加工机床的选择。
双击左侧界面特征树里的“Part Operation”，进入零件操作定义。在零件操作定义面板选择“Machine”按钮，进入数控加工机床的选择。本文加工的盒体零件选用的是3轴联动数控加工中心“3-axis Machine”。
（2）加工坐标系的创建。
在零件操作定义面板选择“Reference machining axis system”按钮，进入加工坐标系的创建。本文将盒体的加工坐标放在盒体顶面中心。如图4所示。
（3）零件毛胚和加工目标零件的选择。
在零件操作定义面板选择“Design part for simulation”按钮，进入加工目标零件的选择；选择“Stock”按钮，进入零件毛胚的选择。
（4）安全平面的创建。
在零件操作定义面板选择“Safety plane”按钮，进入安全平面的创建。本文将盒体的安全加工平面设置在距盒体顶面10mm处。
图4 加工坐标系
4.加工序列的创建及仿真
按表创建各个加工序列。创建加工序列时候要对加工参数进行详细的设置，比如切削进给速度、退刀速度、切入速度、主轴转速、进刀退刀方式以及切削类型等。本文根据前面的工艺分析对这些参数进行了设置。设置好各个参数后可点击“Tool Path Replay”按钮进入刀具轨迹仿真界面。各加工序列的仿真刀路如图5～13所示。
图5 平面铣削
为验证加工程序是否存在过切零件、加工不到位及碰撞干涉等现象，还需对零件进行过切检查。过切检查可以利用刀具轨迹仿真界面的“Analyze”→“Gouge”功能进行过切检查。根据检查结果对加工参数进行更改，以获得最优的程序。
5.加工程序的生成及后处理
在创建好合适的加工序列后，还要对其进行后置处理才能获得驱动机床的程序代码。点击“工具”→“选项”，找到“加工”→“Output”选项卡，对后处理器进行设置。在“Post Processor and Controller Emulator Folder”栏选择“IMS”后置处理器。
在实际应用过程中，还需手动对后置处理后的程序代码进行编辑：去除程序行号和空格以减少程序体积；在换刀处标注刀具类型与大小，以方便现场操作工进行准备刀具等。
五、结语
采用上述方法生成的程序，在加工中心BV100上进行了试切。加工后的零件经检测，尺寸精度完全满足设计要求，零件变形得到有效控制，经测算，加工时间相对于其他CAM软件提高10%左右。
本文通过一个典型的盒体类零件，介绍了利用CATIA V5软件加工盒体类零件的方法和经验：从利用CATIAV5软件创建三维模型，到进行工艺分析，再到利用软件的加工模块创建加工序列、仿真并检查过切，最后利用后置处理器生成驱动数控机床的程序，为加工盒体类零件提供了参考。
盒体类零件在机械制造行业有着非常重要的地位。目前，盒体零件一般通过数控铣床来加工成型，因此，驱动数控铣床的加工程序影响着盒体零件加工的质量。
笔者从工作中设计的多种盒体中选出了一个具有代表性的盒体，利用CATIAV5的零件设计模块来创建盒体的三维造型，探讨盒体零件数控加工工艺、加工技巧及加工参数的设定，并用软件对其进行了加工仿真。
二、CATIA V5数控加工
CATIA V5的数控加工模块用来定义和管理数控加工程序，使应用三维线框或实体造型设计完成的零件，能用2.5轴到5轴的数控加工技术加工出来。它提供了便于应用和学习的图形界面，非常适合面向生产现场的情况下使用。
CATIA的集成后处理器使NC加工模块覆盖了从刀具轨迹（APT数据和CLFILE文件）产生到NC数据输出的全部过程。
采用CATIAV5软件进行盒体零件的数控加工流程如图1所示。从图中可以看出，CATIAV5数控加工的关键在于加工工艺的制定，包括切削方式的选定及加工参数的设置。
图1 CATIA V5数控加工流程图
三、加工工艺分析与规划
1.工艺分析
（1）为保证型腔的光洁度，加工型腔时应分粗精加工。一般粗加工后的余量为0.1mm～0.5mm之间。如果是薄壁件，则还需要在粗精加工之间增加热处理工序，余量应适当放大。
（2）粗加工时，为避免刀具直扎，应使刀具斜向切入，切入角度一般为2°～5°。
（3）精加工分成轮廓精加工和底面精加工。先进行轮廓的精加工再进行底面的精加工，这样可以保证在对底面进行精加工时不碰到侧壁。
（4）精加工轮廓时，应加上一个径向切入，避免直扎损伤工件。
（5）精加工轮廓的刀具半径应比零件型腔的最小圆角半径要小或一致，这样才能保证圆角的顺利加工。
（6）在点各孔位的时候，应按平面来，先点最高平面的孔，依次往下。
2.工艺制定
加工本盒体采用了基于Fanuc0系统的四轴联动加工中心。具体加工工艺方案如表所示。
四、盒体零件的加工仿真
1.创建盒体三维实体造型
选择下拉菜单栏“开始”→“机械设计”→“零件设计”，进入到零件设计模块。在零件设计模块里，利用“凸台”、“凹槽”、“孔”和“倒圆角”等命令完成三维实体造型如图2所示。
图2 盒体三维造型
2.创建盒体毛胚
在进行加工之前，应先创建盒体的毛胚。点击“工具”→“选项”，找到“加工”→“general”选项卡，在“Complentary Geometry”栏勾选“Create a CATPart to store geometry”。勾选后，加工时创建的毛胚将单独保存在一个文件中。
点击下拉菜单“开始”→“加工”→“Surface Machining”进入曲面加工模块。然后点击“GeometryManagement”工具栏的“Creates roughstock”命令进入毛坯创建命令。此时单击盒体造型，则CATIA将为盒体自动创建一个毛坯。检查尺寸无误后，完成毛胚的创建，如图3所示。
图3 盒体毛胚
3.零件操作定义
零件操作定义（Part Operation）用来设定零件的加工环境，包括数控加工机床的选择、加工坐标系的创建、零件毛胚和加工目标零件的选择以及安全平面的创建等。具体的加工环境设定如下。
（1）数控加工机床的选择。
双击左侧界面特征树里的“Part Operation”，进入零件操作定义。在零件操作定义面板选择“Machine”按钮，进入数控加工机床的选择。本文加工的盒体零件选用的是3轴联动数控加工中心“3-axis Machine”。
（2）加工坐标系的创建。
在零件操作定义面板选择“Reference machining axis system”按钮，进入加工坐标系的创建。本文将盒体的加工坐标放在盒体顶面中心。如图4所示。
（3）零件毛胚和加工目标零件的选择。
在零件操作定义面板选择“Design part for simulation”按钮，进入加工目标零件的选择；选择“Stock”按钮，进入零件毛胚的选择。
（4）安全平面的创建。
在零件操作定义面板选择“Safety plane”按钮，进入安全平面的创建。本文将盒体的安全加工平面设置在距盒体顶面10mm处。
图4 加工坐标系
4.加工序列的创建及仿真
按表创建各个加工序列。创建加工序列时候要对加工参数进行详细的设置，比如切削进给速度、退刀速度、切入速度、主轴转速、进刀退刀方式以及切削类型等。本文根据前面的工艺分析对这些参数进行了设置。设置好各个参数后可点击“Tool Path Replay”按钮进入刀具轨迹仿真界面。各加工序列的仿真刀路如图5～13所示。
图5 平面铣削
为验证加工程序是否存在过切零件、加工不到位及碰撞干涉等现象，还需对零件进行过切检查。过切检查可以利用刀具轨迹仿真界面的“Analyze”→“Gouge”功能进行过切检查。根据检查结果对加工参数进行更改，以获得最优的程序。
5.加工程序的生成及后处理
在创建好合适的加工序列后，还要对其进行后置处理才能获得驱动机床的程序代码。点击“工具”→“选项”，找到“加工”→“Output”选项卡，对后处理器进行设置。在“Post Processor and Controller Emulator Folder”栏选择“IMS”后置处理器。
在实际应用过程中，还需手动对后置处理后的程序代码进行编辑：去除程序行号和空格以减少程序体积；在换刀处标注刀具类型与大小，以方便现场操作工进行准备刀具等。
五、结语
采用上述方法生成的程序，在加工中心BV100上进行了试切。加工后的零件经检测，尺寸精度完全满足设计要求，零件变形得到有效控制，经测算，加工时间相对于其他CAM软件提高10%左右。
本文通过一个典型的盒体类零件，介绍了利用CATIA V5软件加工盒体类零件的方法和经验：从利用CATIAV5软件创建三维模型，到进行工艺分析，再到利用软件的加工模块创建加工序列、仿真并检查过切，最后利用后置处理器生成驱动数控机床的程序，为加工盒体类零件提供了参考。