CAD/CAM技术在曲面壳体零件加工中的应用

    NX是面向制造行业的交互式CAD/CAE/CAM高端软件，具有强大的实体造型、装配、工程图生成和数控加工等功能。作为一款非常优秀的CAD/CAM软件，NX被越来越广泛地应用于机械制造、航空航天、汽车、船舶和电子设计等领域。

    一些具有复杂空间曲面的零件，在设计造型、数控编程与加工上都有相当的难度和复杂性，选择CAD和CAM功能都非常强大且高度集成的NX软件可实现方便、高效、高精度的数控加工。笔者以一个复杂曲面壳体零件的设计制造为例，介绍NX的CAD/CAM模块在其中的应用过程和方法，旨在为其他同类零件的数控加工提供参考。

1 CAD建模分析

    1.1 NX的建模功能与方法

    所有数控加工都由CAD建模开始。NX建模所用的模块是NX-MODELING。

    NX-CAD的建模方法主要有实体建模、线框建模和自由曲面建模3种。选择何种建模方法，要依加工对象的特点而定。

    1.2 零件特点与建模方法的选择

    需要设计一个玩具汽车模型的外壳，采用铝合金材料，在3轴立式数控铣床上试制完成，并与已有的遥控玩具汽车车芯装配，形成能正常遥控行驶的1：24的玩具汽车模型。由于零件表面主要由曲面构成，内部又包含一些孔、槽结构特征，因此需综合利用NX的曲面建模和实体建模技术进行设计造型。

    实体建模主要包括显式建模、参数化建模、基于约束建模和复合建模4种具体建模方法，其中复合建模法是显式建模、参数化建模和基于约束建模3种建模技术的发展与选择性组合。零件建模时，笔者选择复合建模法。

    1.3 零件的实际建模过程与技巧

    该零件的设计过程大致如图1所示。

图1 零件建模主要过程

    在模型建立之前，首先确定零件的主要特征及建立特征的先后顺序。根据零件的主要特征建立特征曲线，并通过适当的扫略、拉伸、桥接等操作建立零件的主要特征曲面。再利用一些曲面编辑工具，进行修剪、延伸、倒圆、镜像、缝合等操作形成完整的曲面造型。该零件外表面设计时既要考虑曲面造型流畅、美观，还应考虑其需适于3轴数控铣床加工，将曲面片体加厚成实体（壳体），厚度为1.8mm，再利用一些实体建模和编辑工具完成各细节特征和内表面结构特征的建模。

    建模中，零件外表曲面的构建非常关键，重点和难点是保证曲面的光顺性。先构造特征曲线，对曲线进行光顺检查，调整不光顺的曲线或去掉其“坏点”，再利用“smooth”功能获得光顺的曲线。同样，对生成的曲面也要进行光顺检验，对光顺性差的曲面，可运用NX的分析功能并结合实际经验来修正曲面的生成曲线，以实现曲面光顺。