图6 CATIA数控编程流程图
2. CATIA刀具轨迹策略与后处理
CATIA系统提供了钻孔、攻丝和镗孔循环等点位加工编程方式，具有多种轮廓加工、等高环切、行切以及岛屿加工平面铣削等编程功能。其提供的3～5坐标复杂曲面多轴联动加工编程功能，具有基于残留毛坯、曲面轮廓、等高分层、环绕等距、曲面流线、角落清根、旋转四轴、五轴底刃侧刃、五轴曲线等多种刀具轨迹控制方式。对于相应的等高分层、曲面粗精加工都具备高速铣削的编程模式。下面介绍其刀具轨迹的主要加工策略。
(1)二维点位和轮廓、挖槽、平面等多种加工功能
系统在这方面提供了诸如平行铣削、环绕、等高、深孔钻削功能，主要用于对开口或封闭的轮廓侧面进行精加工。常用的二维挖槽加工及其高速铣削编程加工的刀具轨迹，如图7所示。
a)内槽环绕铣削
b)曲面平行铣削
c)高速环绕铣削
图7 铣削刀具轨迹策略示意图
a)等距环绕铣削
b)根部清根
c)仿真模拟
图8 薄壁零件铣削加工示意图
(2)对空间曲面的粗精加工
刀具轨迹形式可以曲面流线、平行、等高分层、环绕螺旋、放射状等形式进行曲面加工，主要包括曲面扫描粗加工（Sweep Roughing）、等高分层粗加工（Roughing）、曲面精加工（Sweeping）、轮廓驱动（Contour Driven）曲面粗精铣削、3D模式空间曲面螺旋铣削（Spiral Milling）等。同时具备对曲面之间的相交区域或角落部位进行一次或多次笔式清根加工（Pencil）编程功能。对于空间曲线，可完成3D曲线轮廓（Curve Following）、三维轮廓（Profile Contouring）等加工策略，可进行3～5轴曲线加工。
其三维空间曲面铣削刀具轨迹的控制方式灵活多样，因而轨迹可以根据需要来调整。图8所示的是某薄壁结构产品零件，其加工特征为一空间曲面，且包含众多不同平面的岛屿，这里利用CATIA系统的数控铣削加工编程功能对其编制了高速环绕加工与角落清根的铣削加工程序，并进了加工仿真。
(3)5轴铣削
这里包括变轴扫描（Multi Axis Sweeping）、轮廓变轴驱动（Multi Axis Contour Driven）、曲线5轴驱动（Multi Axis Curve Maching）、5轴侧刃轮廓铣削（Multi Axis Flank Contouring）等多种加工轨迹策略。系统提供的5轴加工的关键刀具轴矢量控制方式，包括点、直线、空间曲线、三维轮廓、曲面法向和曲面法向前后、左右倾斜等方式。如图9、图10所示的分别是常用五轴加工刀具轴矢量控制方式及其轨迹示意图。
a)指向点
b)直线
c)曲线
d)曲面法向
e)刀具轴示意
图9 五轴刀具轴矢量控制
3. CATIA模具数控铣削编程实例
利用CATIA系统的上述数控铣削加工编程功能，用户可以很方便地进行模具凸凹模零件的数控铣削成型的编制工作。图11所示的就是用CATIA生成的手机凹模零件的半精铣和清根加工的刀具轨迹及其仿真加工示意图。
a)曲面法向五轴
b)五轴底刃铣削
c)五轴侧刃铣削
图10 常用五轴加工示意图
a)凹模半精铣
b)区域清根
c)仿真模拟
图11 模具刀具轨迹与仿真示意图
四、结束语
CATIA作为基于自由曲面造型与参数化特征造型，集产品设计、分析、制造与数据管理于一体的CAD/CAM/CAE软件平台的代表，功能十分强大，尤其是其强大的模具制造模块将在模具制造中发挥巨大的作用。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业，在大型波音747飞机、火箭发动机、小型的化妆品的包装盒等的制造中都可看到CATIA的身影。CATIA在中国也得到了广泛的应用，如一汽集团、一汽大众、沈阳金杯、上海大众、北京吉普、武汉神龙等在内的许多汽车公司，都选用了CATIA作为开发新车型的核心设计软件。本文只是挂一漏万地对其卓越的功能进行了介绍，希望能对想了解CATIA的读者有所帮助。
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