隨著科學技術和計算機的不斷發展，計算機自動編程在制造業數控加工中的應用越來越廣泛，特別在一些不規則的復雜曲面，用宏程序很難實現，借助CAD/CAM軟件，將大大提高生產效率。 在計算機自動編程中，加工仿真是虛擬制造的一個重要的環節，廣泛應用于新產品的設計，它能夠直觀地反映現實的加工環境、加工過程和加工后零件的結果，通過軟件構建機床模型、組裝并模擬實際的機床運動，可以及時發現加工

　　過程中的過切、干涉、碰撞和欠切等錯誤，將錯誤消除在加工編程的設計階段，提高數控加工過程的可靠性。

　　CATIA V5具有統一的用戶界面數據管理以及兼容的數據庫應用接口，并擁有幾十個獨立的模塊。下面以立式三軸數控銑床為例，簡單講述在CATIA V5中三軸機床模型的構建、組裝、參數設置 和整機模擬的過程。

　　一、機床模型的構建

　　機床模型的構建要依據以下幾個步驟：1)通過測量真實部件的尺寸來獲得相應尺寸;2)根據尺寸對機床各個部件進行實體造型;3)根據所建立的部件實體在NC機床構建模塊里進行組裝;4)進行機床模型運動參數的設置。

　　1.機床部件的實體造型

　　立式三軸數控銑床的機床部件主要包括床身、X 軸部件、Y 軸部件和Z 軸部件，其中床身為固定部件。首先進入機械設計模塊的零件設計模塊，利用凸臺、凹槽命令根據機床部件的實際尺寸，創建機床的部件的3D模型，并以后綴名為“CATPart”的文件分別保存，如圖1所示。

　　2.機床部件3D模型的組裝

　　(1)首先單擊軟件開始菜單下的加工模擬(VNC)模塊里的“NC機具定義(NC Machine Tool Builder)”，(注意不要進入機械設計模塊里的裝配模塊(Assembly Design ))，進入后在左上角會出現為“產品1”的歷程樹，單擊“產品1”按鼠標右鍵，選擇“屬性”，將“產品1”改為“自制機床”。

　　(2 )鼠標右鍵依次點選“自制機床”→“部件”→“現有部件”，系統彈出文件選擇對話框，按Ctrl鍵點選所有繪制機床部件的保存文件，調入后各部件可能散置各處，可先用羅盤將各部件先行翻轉至適當處，如圖2所示。

　　(3)選擇工具欄中新機具按鈕進行機具組裝(或者在菜單欄中選擇“插入”→“DNB New Creation Menu” → “New Machine ”) ， 歷程樹上會出現“NCController”及“Application”節點，建議先點選固定部件，再點選Fixed Part，系統彈出新固定部分對話框，后再點選床身底座，這時床身部件會出現綠色的約束符號，同時歷程樹上會出現約束節點，表示被固定。

　　(4)三軸數控銑床的各軸運動副為移動副，使用柱狀接頭將床身底座部件與Y 軸部件、X 軸部件和Z 軸部件連接，并將其約束，使各機構可以進行仿真運動。

　　選擇工具欄中柱狀接頭按鈕Prismatic Joint進行Y 軸部件的組裝，單擊后系統彈出如圖3所示的接頭創建對話框，分別點選Y 軸部件和床身底座配合導槽相對應的兩條邊線和兩個表面，注意要勾選“長度驅動”單選項，確定后系統會彈出“機制能被仿真”的信息對話框(若未出現則表示底座未固定)。

　　完成后，Y 軸部件和床身底座配合在一起，在導槽處會出現約束符號，同時歷程樹上的約束節點里會出現兩個相合的約束。

　　用相同的方法進行X 軸部件及Z 軸部件的組裝，設定正確會再出現兩次“機制能被仿真”窗口，若未出現則可能未勾選“驅動長度”選項，組裝完成整個三軸機床模型。

　　3.機床模型參數的設置

　　(1)定義工件安裝及刀具之接合點。在歷程樹上“NCController” 節點內有兩個節點，分別是

　　“Workpiece Mount Point(工件安裝點)”和“Tool Mount Point(刀具安裝點)”。工件安裝點可設在工作臺上表面的任意位置， 最好設置在中心位置，刀具安裝點在Z軸主軸下端面的中心處，為了方便，可以先在工作臺表面中心位置和主軸下端面的中心處各創建一個點。用鼠標左鍵雙擊“Workpiece Mount Point”節點，此時機床模型上出現綠色的羅盤，將羅盤中心移動到工作臺上 表面中心位置創建的點上，如圖4所示，再用鼠標左鍵單擊工作臺部件，彈出設定位置對話框，按“確定”即可完成工件接合點的設置(當然，也可改變X軸、Y軸的坐標來調整羅盤的位置)，用相同的方法來設置刀具接合點。

　　(2)設定裝置屬性?？梢愿鶕癉evice Attributes(裝置屬性)”工具欄依次進行設定，如圖5所示，單擊行程限制按鈕，彈出修改命令限制對話框，修改各坐標軸的行程。單擊原點位置按鈕，彈出“原點位置檢視器”對話框，點選新建按鈕，彈出如圖6所示的原點位置編輯器，先將線性間隔改為10mm，在DOFControls自由度控制設置原點的位置，可以用鼠標左鍵按住對話框里的游標左右移動調整各軸位置，移動過的位置變成綠色，如果為紅色則超出行程，也可以按后面數值的上下按鈕，每次增加或減少一個間隔距離，設置完按“關閉”鍵，原點位置大多設在各坐標軸正向最大極限處，用同樣的方法設置換刀點位置。

　　(3)保存文件。將機床模型以后綴“CAT Product”的文件保存，最好保存在和各部件文件同一個文件夾內，因為如果部件文件丟失，機床模型文件也無法打開。

　　二、仿真的實現

　　進行整機模擬時，開啟任一已設定完成的加工文檔，將里面的三軸工具機改為自制機床即可，下面以圖7所示簡單的挖槽加工為例，介紹仿真操作的過程。

　　(1)打開已設定完成的以后綴名為“CAT Process”存盤的加工文檔，窗口左邊會出現PPR歷程樹。

　　(2)雙擊加工過程節點“Process List”下的加工設定“Part Operation.1”，彈出加工設定對話框。 在對話框中單擊數控機床按鈕，彈出機床編輯器，原來選擇的是三軸工具機，這時應單擊“從文件選擇”按鈕打開自制機床的保存文件，機床就被調入，零件和機床散置各處，單擊工具欄上自動設定工件按鈕，工件將自動放置在工作臺工件安裝接合點上。

　　(3)用鼠標右鍵點選加工設定節點下的“Manufacturing Program.1” 制造程式1節點，彈出下拉菜單，依次選擇“Manufacturing Program.1對象”→“Simulate Machine using Tool Path”，使用刀具路徑開始機具模擬，彈出程式模擬對話框，按“開始”鍵，整臺機床就開始切削模擬，如圖8所示。

　　(4)在整機模擬的過程中，可以進行模擬分析的設定，單擊“Simnlation Analysis Tools”模擬分析工具里建立預設干涉按鈕，模擬時會彈出分析偵測對話框，如有干涉或碰撞會彈出分析資訊對話框，顯示警告信息，運行完可以在干涉清單里看到詳細分析的報告。

　　三、結束語

　　本文簡略地介紹了利用CATIA軟件進行自制三坐標機床的整機模擬，在四軸或五軸聯動的機床上應用更廣泛，如圖9和圖10所示。整機模擬在數控加工中具有非常重要的現實意義，在虛擬的環境檢測程序的正確性，避免了因產生碰撞造成的巨大損失，同時也縮短了產品的設計周期，提高了生產效率。