本章主要是說明用於 CATIA CAD/CAM 軟體，應用二次開發技術，進行「車 磨五軸工具機長圓錐體設計製造專業系統」的開發，長圓錐體加工技術先將刀具 及內外形加工座標系統設定參考點常用之參考點有機械原點、回歸參考點、工作 原點、程式原點各項加工座標系統設定。
建立長圓錐體加工研磨切削路徑模擬及干涉檢測建構 3D 動態實體研磨切 削模擬實際加工前先執行3D動態實體研磨切削模擬，預覽可避免干涉及過切事 件發生。可預覽加工路徑的正確性，排除撞刀的疑慮，應用五軸後處理器產生 NC程式，透過CATIA軟體後置處理器讀取由CAM系統生成的刀具路徑文件，從 中提取相關的加工資訊，並根據指定CNC數控機台的特點及NC程序格式要求進 行分析、判斷和處理，最終生成CNC數控機台所能識別的NC程式碼。
起動特殊五軸車磨專用加工機設計由數學模型之分析結果，進行長圓錐體 類工件之加工，其中需三軸同動功能即可滿足加工需求加工完成後，用三次元量 床加工精度檢驗，長圓錐體幾何尺碼量測與檢驗之量測重點在於內外曲線之厚 度，但由於現有之厚度量測設備無法量測，就是使用超音波量測設備，也無法正 確的移動至所需要的座標位置，導致加工準確度控制及完工檢驗之困難為了提高 量測速度，特別設計了專用夾具。
應用五軸車磨加工機實切長圓錐體，先設定長圓錐體曲線與加工座標系統 關係用向量法求出切削刀具路徑，模擬切削刀具路徑干涉檢測，後處理器產生 NC 程式，實際加工長圓錐體完成後再用三次元量床加工精度檢驗方法，驗證長 圓錐體的尺寸設計、加工理論及加工技術是符合長圓錐體的加工技術設計的要 求。長圓錐體設計製造專業系統流程圖，如圖 3-1。
設定圓長錐體曲線 與加工刀具座標系統
應用向量法求得 圓弧最佳切削路徑
切削路徑 模擬及干涉檢測
特殊後處理器 產生NC程式碼
五軸車磨加工機 切削圓長錐體
三次元量床 加工精度檢驗
結束 開始
圖 3-1 車磨五軸工具機長圓錐體設計製造專業系統流程圖
3.1 刀具及內外形加工座標系統設定
刀具及內外形加工座標系統設定參考點(Reference Points)通常在數控工具 機程式編寫時，至少須選用一個參考座標點來計算工作圖上各點之座標值，這些 參考點我們稱之為零點(Zero points)或原點，參考點(Reference Points)通常在數控 工具機程式編寫時，至少須選用一個參考座標點來計算工作圖上各點之座標值，
這些參考點我們稱之為零點(Zero points)或原點，常用之參考點有機械原點、回 歸參考點、工作原點、程式原點。
3.1.1 機械原點(Machine reference point)
機械參考點或稱為機械原點，它是機械上的一個固定的參考點，因此，機 械原點是恆定的，其位置可由運動軸之位置偵測裝置（如極限開關）來設定讓位 置通常設定於各軸行程之終點。以五軸車磨加工機而言，其位置（X、Z 軸）通 常被設定於床台之前方，Z 軸則在主軸同方向也是最長的軸，W 軸為車頭移動 軸，B 軸為車頭旋轉軸，C 軸為車頭分度軸。雖然該點是固定的，然因操作及程 式座標設定的需要，且切削加工所用刀具長短不一，通常機械原點被設定於刀具 的刀尖。因此，機械原點對車床刀座而言是固定的，但對每一支刀具而言，將因 刀具長度不一而有所不同。機械原點可作為其他座標點之參考點，程式中工作原 點、程式原點，其座位置之設定及量測均以機械原點為基準。通常 CNC 系統開 機後，先使機械各軸回機械原點，才能執行程式或其他動作。操作 CNC 五軸車 磨加工機時，在控制系統重新啟動後，需先使機械各軸回機械原點，當執行時可 由手動操作模式或程式控制模式分別使機械各軸回機原點。
3.1.2 回歸參考點 (Reference points)
在機器的各軸上都有一回歸參考點，這些回歸參考點的位置，以行程監測 裝置極限開關預先精確設定，作為工作台及主軸的回歸點，在 CNC 五軸車磨加 工機上。
3.1.3 工作參考點 (Work reference points)
工作參考點或稱工作原點，它是工作座標系統之原點，該點是浮動的，由 程式設計者依需要而設定，一般被設定於工作台上任一位置，在一個程式中可設 定數個工作原點，以方便同時加工數個工作，此種情況通常應用於 CNC 五軸車 磨加工機之加工。
3.1.4 程式參考點 (Program reference points)
程式參考點或稱程式原點，它是工作上所有轉折點座標值之基準點，此點 必須在編寫程式時加以選定，所以程式設計者選定時須選擇一個方便的點，以利 程式之寫作。一般來，說程式參考點與工作參考點若選用一致時（同一點），如 此可簡化程式，程式編寫較為方便，但若工作之形狀較為複雜時，則應分別設定 工作參考點與程式參考點，如此可使編寫程式較為容易，因此，通常 CNC 五軸 車磨加工機之程式中，程式參考點與工作參考點不一致較為方便。
3.2 切削路徑模擬及干涉檢測
當切削路徑模擬時，將刀具全尺寸繪製完成，再預讀程式，進行切削路徑 模擬及補正的刀具，是否會有過切素材的情行，如有這種情行而產生干涉，為了 防止干涉發生的機能必須作干涉檢查。建構3D動態實體切削模擬實際加工前先 執行3D動態實體切削模擬，預覽可避免干涉及過切事件發生。可預視加工路徑 的正確性，消除撞刀的疑慮。
因機台高速化、複合化，所以機械干涉的可能性，和干涉造成的損失都會 增加，但為了降低機台衝突所造成的損失，採用低速率加工，卻會造成產能大幅 降低。要如何降低使用者操作上的負擔，大幅提升工作產能，便得藉由手動操作 模式來移動軸向，同時從3D模擬進行機械干涉檢查，當產生碰撞立即停止軸向。
以CATIA V5 R20軟體為例，建立3D干涉檢測機能，其機能內建於本身、條件設 定、輸入進行干涉檢查，如圖3-2、圖3-3
圖3-2 干涉檢查(一)
圖3-3 干涉檢查(二)
3.3 應用五軸後處理器產生NC程式
後置處理是數控編程技術的關鍵技術之一，作為CAD/CAM 系統與機械製 造連接的紐帶，後置處理直接影響自動編程系統的使用效果和零件的加工品量。
目前專用的CATIA軟體，開發解決從設計到製造過程存在的瓶頸、提高編輯程式 效率和加工的可靠性的重要意義。其主因是五軸工具機同時具有線性軸及轉動 軸，其機構間之交互影響造成複雜之數學模型並增加其相關技術應用的困難度，
導致五軸工具機的關鍵技術上無法解決。透過CATIA軟體後置處理器讀取由 CAM系統生成的刀具路徑文件，從中提取相關的加工資訊，並根據指定CNC數 控機台的特點及NC程序格式要求進行分析、判斷和處理，最終生成CNC數控機 台所能識別的NC程式碼。
高速數控加工，是一種以高主軸轉速、快速進給、較小的切削深度和間距 為加工特徵的高效率、高精度數控加工方式，它不僅對機床結構和數控系統提出 了新的要求，對於加工的規劃、參數的設置和加工約束的設置也提出了新的要 求。面對機床的高速轉速發展，CAM後置處理技術也要跟上時代的步伐，在高 速加工中，加工時間更短而加工速度更快，加工精度更高，CAM 系統的後置處 理技術就要實現加工中各種數據的轉變。
CAM 後置處理技術定能夠滿足現代工業正在逐漸向多品種、小批量的方 向發展，需要高效、快速、高度柔性的製造系統，CAD/CAM 的廣泛應用為其 提供了可能，並且促進了這種發展。後置處理器的定制是聯結CAD/CAM 軟件 與加工設備的關鍵技術，它直接影響到CAD/CAM的集成。並根據指定CNC數控 機台的特點及NC程式格式要求進行分析、判斷和處理，最終生成CNC 數控機台 所能直接識別的NC程式。也在高新技術的發展同時得到一步步的完善。近年來，
計算機技術飛躍發展，帶動了工業化發展進入了一個新的突飛猛進的地步。科技 的創新、技術的發展、經濟的全球化。
3.4 應用五軸車磨加工機分析長圓錐體加工
特殊五軸車磨專用加工機設計由數學模型之分析結果，長圓錐體類工件之加 工可具體化而設計，其所需之控制軸數計有X、Z、W及B、C等五軸，其中只需 三軸同動功能即可滿足加工需求，如圖3-4
軸數：X-軸、Z-軸、W-軸、B-軸、C-軸 同動：X、Z、B 三軸或 X、Z、C 三軸
圖 3-4 特殊五軸車磨專用加工機
3.4.1 五軸車磨加工機對長圓錐體加工
長圓錐體之形狀為圓弧時，刀具路徑所走之軌跡也為圓弧。刀具路徑圓弧之中 心點，一定在工件旋轉點M 之軸線的垂直線上。長圓錐體在尖端處之切角O α，即是 刀具或磨輪在整個切削過程中所走圓弧路徑之最大角度。為得最佳加工時間，則以 工件開口端面與軸線交點為旋轉中心M 時為佳，此時刀具路徑線最佳。粗加工可選O
此條件。為使刀具在 X 軸及 Z 軸之位移量達到最小，獲得最佳品質，旋轉中心M 之O 選擇，係由工件尖端及開口端等三點所構成之三角形的外心最適合。此法適於精加 工所採用。精加工條件下，刀具在徑向所走的距離約為工件口端半徑之 30-35%，而 在軸向所走距離則為工件全長之 80-90%。採用此模式加工時，刀具可隨時保持與工 件表面垂直狀況，而獲最佳之加工效果。
3.4.2 加工精度檢驗
加工完成後，用三次元量床加工精度檢驗，長圓錐體幾何尺碼量測與檢驗 之量測重點在於內外曲線之厚度，但由於現有之厚度量測設備無法量測，就是使 用超音波量測設備，也無法正確的移動至所需要的座標位置，導致加工準確度控 制及完工檢驗之困難。為解決此困難，在以傳統靠磨車床加工時，另外加裝數字 顯示器，並將電子測頭加裝在搪桿上或刀架上，由數字顯示器將電子測頭移動至 理論座標，再由電子顯示器顯示其差異座標，由其誤差，可研判精加工量，而控 制正確之外形。如機具為 CNC 車床，則可利用其量測功能來控制精加工。完工 檢驗係利用現有之 L.K.座標量床量測，先量出內外相同位置之座標，再算出在該 座標之壁厚。但由於天線罩內徑太深，已有之量桿太短，且夾持量桿之直徑太小，
長度與直徑之比值太大，難免要發生震動。初期採用鋁質量桿，即因量測時發生 明顯震動而失敗；後來改採用碳纖維(Carbon Fiber)為材料，才解決量桿之振動問 題如圖 3-5。同時為了提高量測速度，特別設計了專用夾具如圖 3-6，其特點為 能快速而正確的轉道所需要之徑向角度，並易於上下工件，且適合陶瓷長圓錐體 之測量，之後又簡化了專用夾具及檢驗方式 2，使能更簡單迅速地完成量測。