《数控加工编程》PPT课件.ppt

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1、第八章 数控加工编程,8.1 数控编程方法及其发展 8.2 数控编程系统中基本概念与术语 8.3 数控编程中的刀位计算 8.4 数控编程中的工艺策略 8.5 后置处理及DNC,数控加工录象,外圆车刀刀片的安装,数控车削工件安装,数控车削（1）,数控车削（2）,数控铣削（1）,数控铣削（2）,加工中心加工,8.1 数控编程方法及其发展,1、手工编程 2、数控语言自动编程 3、CAD/CAM系统自动编程,数控加工工作过程 在数控机床上加工零件时，要预先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和走刀运动数据，然后编制加工程序，传输给数控系统，在事先存入数控装置内部的控制软件支持下，经处

2、理与计算，发出相应的进给运动指令信号，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，进行零件的加工。,数控加工编程的概念 根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件，这个过程称为零件数控加工程序编制，简称数控编程。,1、手工编程,手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。,手工编程特点： 不需辅助工具，效率低、出错率高，难以对复杂零件编程。,1、手工编程,数控语言的产生与发展,1953年MIT开始研究数控自动

3、编程； 1955年公布APT自动编程系统； 之后的近40年不断推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等； 德国EXAPT、法国IFAPT； 日本FAPT； 我国在上世纪70年代推出SKC、ZCX车铣编程系统。,2、数控语言自动编程,2、数控语言自动编程,自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式CADCAM 集成化编程系统。,APT是一种自动编程工具（Automatically Programmed Tool）的简称，是对工件、刀具的几何形状及刀具相对于

4、工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。,在编程时编程人员依据零件图样，以APT语言的形式表达出加工的全部内容。,把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATA file）。,通过后置处理。,生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程。,称为APT语言自动编程。,2、数控语言自动编程,输入编译,数值处理,刀位文件 CLDATA,后置处理,机床加工,穿孔纸带 磁盘 RS232C,零件图样,数控语言,零件源程序,程序员,计算机,特点：比手工编程效率高，解决复杂曲面编程问题。但专用词汇及语句格式繁多，仍存在编程效率与机床加工速度间的矛盾。

5、,数控语言APT简介,APT数控语言格式： 命令/参数 例：GODLTA/20,20,-5 增量走刀 数控语言常用语句： 初始语句： 例：PARNO给零件源程序作标题用的语句 几何定义语句：例 POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等对零件加工的几何要素进行定义并赋名 刀具定义语句：例 CUTTER指实际使用的刀具形状，是计算刀具端点坐标所必须使用的信息,数控语言APT简介,刀具运动语句：例 GOLFT（左转）、GORGT、GOFWD等指定刀具所需的轨迹运动 切削用量语句：例 FEDRAT、SPEED等切削参数 容许误差语句：例OUTTOL、INTOL说明用小直线段逼近刀具曲线运动所容

6、许误差大小。其值越小，越接近理论曲线 后置处理语句：例 MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等后置处理程序调用、机床停止等 结束语句：FINI,容差语句： 容差是指刀具实际运动轨迹与理论轮廓允许的差值。,对用直线或圆弧逼近非圆曲线时即出现逼近误差，该误差应在容差范围内。 如图，容差三种形式：OUTTOL（外容差），INTOL（内容差），及其联合。,加工图示零件APT源程序： PARTNO/TEMPLATE ；初始语句，TEMPLATE为程序名称 MACHINE/FANUC,6M；后置处理程序的调用 CLPRNT ；打印刀具轨迹数据 OUTTOL/0.002 ；外轮廓逼近容差 IN

7、TOL/0.002 ；内轮廓逼近容差 CUTTER/10 ；平头立铣刀，直径=10mm L1=LINE/20,20,20,70 ；定义直线L1 几何定义 L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1 ；定义直线L2 L4=LINE/20,20,46,20 ；定义直线L4 L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4 ；定义直线L3 C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10 ；定义圆弧C1 XYPL=PLANE/0,0,1,0 ；定义平面XYPL SETPT=POINT/-10,-10,10,FROM/SETPT

8、 ；指定起刀点 运动轨迹定义 FEDRAT/2400 ；快速进给 GODLTA/20,20,-5 ；增量走刀 SPINDL/ON ；主轴启动 COOLNT/ON ；冷却液开 FEDRAT/100 ；指定切削速度 GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4 ；初始运动指定 TLLFT,GOLFT/L1,PAST L2 ；沿直线L1左边切削直至超过直线L2 GORGT/L2,TANTO,C1 ；右转切削L2直至切于圆C1 GOFWD/C1,PAST,L3 ；沿圆C1切削直至超过L3 GOFWD/L3,PAST,L4 ；沿直线L3切削直至超过L4 GORGT/L4,PAST,L1 ；右转切削L4直

9、至超过L1 GODLTA/0,0,10 ；增量走刀 SPINDL/OFF ；主轴停止 FEDRAT/2400 ；快速进给 GOTO/SETPT ；返回起刀点 END ；机床停止 FINI ；零件源程序结束,APT语言的基本组成 与通用计算机语言相似，用APT语言编制的加工程序是由一系列语句所构成，每个语句由一些关键词汇和基本符号组成，也就是说APT语言由基本符号、词汇和语句组成。,基本符号 数控语言中的基本符号是语言中不能再分的基本成分。语言中的其它成分均由基本符号组成。APT自动编程语言中常用到的标点符号和算术符号如下： (1)逗号“，” 用于分隔语句内的词汇、标识符和数据。例如：C1=CI

10、RCLE/0,0,25；,APT语言的基本组成,(2)斜杠“/” 用来将语句分隔为主部和辅部，或者在计算语句中作除法运算符号。例如： GOFWD/C1；A=B/D； (3)星号“*” 这是乘法运算符号。例如：A=B*C,(4)双星号“*”或“” 这是指数运算符号。例如：A=B*2或A=B2 (5)正号“+” 用来表示算术加法或规定一个数的符号。 (6)负号“-” 用来表示算术减法或规定一个数的符号。例如：P2=POINT/+2，-15，-2623,APT语言的基本组成,(7)单美元符号“$” 为续行符，表示语句未结束，延续到下一行。如： L1=LINE/RIGHT，$ TANTO，C2，RIG

11、HT，TANTO，C1； (8)冒号“：” 用于分隔语句及其标号。,(9)方括号“” 用于给出子曲线的起点和终点，或用于复合语句及下标变量中。如： Q1=TABCY/P1，P2，P3Pn； GOFWD/C2，PAST，Q110，12；,APT语言的基本组成,(10)等号“=” 用于给定一个名字或者给标识符号赋值用。例如：P1=POINT/X，Y，Z； (11)分号“；” 作为语句结束符号。,(12)圆括号“（）” 用于括上算术自变量及几何图形语言中的嵌套定义部分。例如： A=ABS（B）；GOFWD/（CIRCLE/2，12，2）； (13)小数点“.” 用于分隔数的整数部分和小数部分。,AP

12、T语言的基本组成,词汇 词汇是APT语言所规定的具有特定意义的单词的集合。每一个单词由6个以下字母组成，编程人员不得把它们当作其他符号使用。APT语言中，大约有300多个词汇，按其作用大致可分为下列几种： (1)几何元素词汇 如POINT（点），LINE（线），PLANE（平面）等。,(2)几何位置关系状况词汇 如PARLEL（平行），PERPTO（垂直），TANTO（相切）等。,APT语言的基本组成,(3)函数类词汇 如SINF（正弦），COSF（余弦），EXPF（指数），SQRTF（平方根）等。 (4)加工工艺词汇 如OVSJSE（加工余量），FEED（进给量），TOLER（容差）等。,(

13、5)刀具名称词汇 如TURNTL（车刀），MILTL（铣刀），DRITL（钻头）等。 (6)与刀具运动有关的词汇 如GOFWD（向前），GODLTA（走增量），TLLFT（刀具在左）等。,APT语言的基本组成,一个几何元素往往可以用多种方式来定义，所以在编写零件源程序时应根据图纸情况，选择最方便的定义方式来描述。APT语言可以定义17种几何元素，其中主要有点、直线、平面、圆、椭圆、双曲线、圆柱、圆锥、球、二次曲面、自由曲面等。,几何定义语句 几何定义语句用于描述零件的几何图形。零件在图纸上是以各种几何元素来表示的，在零件加工时，刀具是沿着这些几何元素来运动， 因此要描述刀具运动轨迹，首先必须描

14、述构成零件形状的各几何元素。,APT语言的基本组成,几何定义语句的一般形式为 标识符=APT几何元素/定义方式。,标识符就是所定义的几何元素的名称，由编程人员自己确定，由1-6个字母和数字组成，规定用字母开头，不允许使用APT词汇作标识符，例如圆的定义语句：C1=CIRCLE/10，60，12.5；其中C1为标识符，CIRCLE为几何元素类型，10，60，12.5分别为圆的圆心坐标和半径。,APT语言的基本组成,点的定义 1）由给定坐标值定义点 其格式为:标识符=POINT/x，y，z; 如已知坐标值，可以写成如下的形式：P=POINT/10，20，15;,2）由两直线的交点定义点 其格式为：

15、标识符=POINT/INTOF，line1，line2; 其中INTOF表示相交，line1，line2为事先已定义过的两条直线。如图所示的交点，可以写成如下形式：P=POINT/INTOF，L1，L2;,3）由直线和圆的交点定义点(如图) P1=POINT/XSMALL，INTOF，L1，C1； P2=POINT/YSMALL，INTOF，L1，C1； 或P1=POINT/YLARGE，INTOF，L1，C1； P2=POINT/XLARGE，INTOF，L1，C1； 其中取交点中X与Y坐标值中的大值还是小值，由编程人员根据图形任选其中一项。,APT语言的基本组成,直线的定义 1）通过两点的

16、直线 L=LINE/P1，P2； 或L=LINE/x1，y1，x2，y2； 2）过一点P与圆相切的直线（如图） L1=LINE/P1，LEFT，TANTO，C； L2=LINE/P2，RIGHT，TANTO，C； 其中LEFT，RIGHT表示左、右，以点P与圆心联线方向为基准，TANTO表示相切。,APT语言的基本组成,3、CAD/CAM系统自动编程,利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。 该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前正被广泛应用。该方式适应面广、效率高、程序质量好适用于各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS），但投资大，掌握起来需要

17、一定时间。,1）CAD/CAM系统自动编程原理 数控语言自动编程存在的主要问题是缺少图形支持。此外被加工零件轮廓是通过几何定义语句逐条描述，编程工作量大。,利用CAD模块生成的几何图形，采用人机交互的实时对话方式，在计算机屏幕上指定被加工部位，输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。,CAD/CAM系统数控编程原理,CAD造型,加工工艺分析 加工面选择 工艺参数确定,刀轨文件生成,刀位验证 编辑修改,后置处理,加工仿真,机床加工,加工 参数库,刀具库 材料库,2）CAD/CAM软件系统 UGII PRO/ENGIN

18、EERING IDEAS CATIA CIMATRON MASTERCAM CAXA,http:/ 三维数字化创新设计大赛,3）CAD/CAM编程的基本步骤 几何造型,建立三维数据模型。由CAD系统、三维坐标测量仪等方法构成。,加工工艺分析,刀具轨迹生成,分析加工部位，装夹位置、选择刀具、确定工艺参数等。,基于屏幕由人机交互完成。如确定边界、对刀点、自动生成刀具路线、转换成刀位文件等。,对生成的刀位文件进行仿真模拟，验证刀具路线的合理性。进行修改、优化等。,刀位验证及刀具轨迹的编辑,后置处理,形成具体机床的数控加工代码等。,数控程序的输出。,生成的数控加工代码（程序）可打印、输出到机床（通过标

19、准DNC接口）等。,4）CAD/CAM系统自动特点 （1）将零件加工的几何造型、刀位计算、图形显示和后置处理等作业过程式结合在一起，有效地解决了编程的数据来源，图形显示，走刀模拟和交互修改问题，弥补了数控语言编程的不足；,（2）编程过程是在计算机上直接面向零件的几何图形交互进行，不需要用户编制零件加工源程序，用户界面友好，使用简便、直观、准确、便于检查；,（3）有利于实现系统的集成，不仅能够实现产品设计(CAD)与数控加工编程(NCP)的集成，还便于与工艺过程设计(CAPP)，刀具量具设计等其它生产过程的集成。,几种数控编程方法的比较,用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平

20、均约为 30：1。 数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于加工程序不能及时编制出造成的。 编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！,几种数控编程方法的比较,8.2 数控编程系统中的基本概念和术语,1、数控机床坐标系统 2、常用切削刀具 3、刀具运动控制面 4、切削加工中的阶段划分,1、数控机床坐标系统,在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的。为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。,1、数控机床坐标系统,规定 通常在编程时，在加工中不论是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律

21、假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并规定刀具远离工件的方向作为坐标的正方向。,1、数控机床坐标系统,数控机床坐标定义（假设工件不动，刀具相对工件运动） Z轴：与主轴平行，正向-使工件尺寸增大方向 X轴：与工件装夹面平行，水平，与Z轴垂直 车床：沿工件径向，离开工件轴线方向为正向,数控机床坐标定义（假设工件不动，刀具相对工件运动） 铣床 卧式：工作台向左移动方向为X轴正方 立式：由主轴向立柱看，右手方向为正向 Y轴：与Z,X轴垂直，符合右手定律 A,B,C轴：分别绕X,Y,Z轴右旋前进方向,围绕X， Y， Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A，B， C表示，根据右手螺旋定则，如图所示，以大姆

22、指指向+X， +Y， +Z 方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A， +B， +C方向。,1、数控机床坐标系统,Z坐标 如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向； 如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向； 如果机床无主轴(牛头刨床) ，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。 Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。,1、数控机床坐标系统,X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况： 如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。 如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： Z坐标水平时

23、，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。,Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。,1、数控机床坐标系统,WILLEMIN公司主轴可摆动的五轴加工中心,标准统一规定，以增大工件与刀具之间距离的方向(即增大工件尺寸的方向)为坐标抽的正方向。,1、数控机床坐标系统,1、数控机床坐标系统,1、数控机床坐标系统,机床坐标系MCS（Machine Coordinate System)： 是固定的坐标原点，该点在数控机床说明书上有说明。,机床原点一般设在三个直线坐标轴

24、正极限位置。,机床原点（machine origin或home position）是制造商设置在机床上的一个物理位置，也称为机床绝对原点（machine absolute origin）。其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。,工件坐标系,用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。,工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。,考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。,工件坐标系 原点,机床坐标系 原点,数控铣床的坐标系统,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：,尽

25、量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,必须多次安装时，应遵从基准统一原则,工件坐标系,2、常用切削刀具,刀具选择及其参数的定义是数控编程的重要内容之一，影响到加工效率和加工质量。常用的刀具有：,球头铣刀 圆角铣刀 平底铣刀,2、常用切削刀具,2、常用切削刀具,数控刀具的类型与特点,按照刀具结构分：,整体式：钻头、立铣刀等,镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式,数控刀具的类型与特点,特殊形式：复合式、减振式等,机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%40%，金属切除率占总数的80%90%,2、常用切削

26、刀具,按照切削工艺分：,车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等,铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,数控刀具的类型与特点,钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等,镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等,车削刀具图片,铣削刀具图片,钻削刀具图片,镗削刀具图片,外圆车刀,内孔车刀,螺纹车刀,数控刀具的类型与特点,常用车刀,面铣刀,方肩 铣刀,仿形 铣刀,三面刃和 螺纹铣刀,整体硬质 合金铣刀,数控刀具的类型与特点,常用铣刀,铰刀,钻头,丝锥,数控刀具的类型与特点,钻削刀具,粗镗刀,精镗刀,数控刀具的类型与特点,镗削刀具,刀触点：在加工过程中刀具与工件的实际接触点(A)。 刀位点： 数控编程中用以表示刀具位置的坐标点(

27、O)。 球头刀设于球心，圆角铣刀和平底铣刀位于端面中心 刀位点计算： 计算接触点处零件表面的法向量 沿法向量从A点偏移圆角半径r 沿刀具径向偏移（R-r) (R-刀具半径) 沿刀具轴线向刀具端部移动r,选择合适的对刀点,对刀点（起刀点） ：确定刀具与工件相对位置的点,对刀点 可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。,对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。,（1）对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。,对刀点,（2）对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,（3）对刀点可以设置在被加工

28、零件上，也可以设在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置。,（4）对刀点往往就是零件的加工原点。,对刀点的选择原则如下： （1）所选的对刀点应使程序编制简单。,对刀点,（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。,（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。,（3）对刀点的位置应在加工时检验方便、可靠。,加工如图所示零件。当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面A的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。,对刀点,先近后远:按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工

29、，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间,对刀点,例如，当加工图示零件时，对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀背吃刀量（图中最大背吃刀量可为3mm左右）未超限度时，宜按34mm-36mm-38mm的顺序先近后远地安排车削加工。,在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。,刀位点,所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。,a)5参数 b)7参数 c)10参数 刀具参数定义,CAM系统中，刀具的参数往往统一定义。数控铣刀有5参数定义法、7参数定义法和10参数定义法。,3、刀具运动控制面,零件面：零件上待加工表面，用以控制切削深度；,为了确定刀具的运动轨迹,导动面

30、：引导刀具运动的面，用以控制刀具运动方向；,检查面：确定每次走刀的终止位置，检查切削过程的干涉。,零件面Ps(Part Surface): 是待加工的表面。加工过程中始终与刀具保持接触。零件面可能是也可能不是工件的实际表面。是固定面。,当Ps(h)0时，留有加工余量；,当Ps(h)=0时，恰好是工件实 际表面；,当Ps(h)0时，负余量。,功能：控制刀具的轴向位置,导动面Ds(Drive Surface)是在加工运动中引导刀具运动的面。,当Ds(h)0时，导动面留有加工余量；,当Ds(h)=0时，刚好加工到导动面,当Ds(h)0时，导动面留有负加工余量,功能：控制刀具径向位置。控制刀具在指定的

31、公差范围内运动。,导动面在加工过程中不断变化。,刀具与导动面的关系,检查面Cs(Check Surface) 是刀具运动终止位置的限定面，刀具在到达检查面之前，一直保持与零,当Cs(h)0时，对检查面留有加工余量；,当Cs(h)=0时，恰好加工检查面,当Cs(h)0时，对检查面负余量。,件面和导向面所给定的关系，在到达检查面后，可以重新给出新的运动语句。,刀具与检查面的关系,实际上，导动面和检查面也不一定是真正意义的面。它们也可以是点、线、圆等几何元素。因此，准确地应称为导动元和检查元。,通过上述三个控制面就可联合确定刀具的运动。,一般零件面在整个过程中不发生变化，而前一段的检查面是下一段的导

32、动面。,4、切削加工中的阶段划分,起始运动阶段 接近运动阶段 切入运动阶段 切削加工阶段 退出切削阶段 返回阶段,刀具由机床原点运动到加工的起点，是快速运动阶段；（快移）避免刀具与夹具或工件碰撞。,由起点位置进入开始点。慢速。CAM系统通常定义一个安全平面（Clearence Plan）。平面以下慢速进给。,切入阶段，刀具进给速度略低于正常的切削速度，避免刀具碰伤。为使表面光滑过渡，CAM系统提供导引方式，如圆弧切入等。,按照给定的刀具轨迹进行加工。,退出阶段，由当前位置退回到退刀点。与切入阶段一样，刀具退出也有多种方式，如：圆弧引导、垂直引导等。速度不可太快。,刀具快速回到返回点，等待下一次

33、切削运动。,原点,8.3 数控编程中的刀位计算,1、非圆曲线刀位点计算 2、球头铣刀行距的确定 3、平面型腔加工刀位点的计算 4、转角过渡处理 5、曲面加工中的刀位计算 6、刀具干涉检验,刀位点：刀具运动过程中相关的坐标点，包括基点、节点。,基点：构成零件轮廓几何元素的连接点，如相邻直线轮廓的交点、直线与圆弧轮廓的交点或切点等。,节点：在满足允许编程误差条件下，按数控系统插补功能对轮廓曲线进行离散的分割点，如用小直线段逼近零件曲线轮廓时，两相邻小直线的交点即为所求点。,1、非圆曲线刀位点计算,一般数控系统均有直线和圆弧插补功能。 可用直线或圆弧对非圆曲线进行二次逼近来编制数控程序。,所谓“插补

34、”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。插补的任务就是根据进给速度的要求，在一段零件轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点的坐标值，刀具沿着这些坐标点移动。,CNC系统中常用的插补功能有直线、圆弧、抛物线以及螺旋线插补功能等。,1）直线段逼近轮廓曲线的节点计算,等间距法,等弦长法,等误差法,直线段逼近,（1）等间距法,曲线y=f(x)。将曲线沿某一坐标轴（如x轴）进行等分，分别求出A、B、C、D、E等节点的x,y坐标值。,等间距x选取应保证曲线f(x)与节点间连线的法向距离小于编程误差允。,允一般取零件轮廓公差的1/5-1/10。,（2）等弦长法（等步长法）,所有逼近线段的弦长

35、l相等。,由于f(x)各处曲率不同，直线段逼近的误差不同。一般曲率半径越小，逼近误差越大。最小曲率半径处的逼近误差max应小于允许的编程误差允。,关键是求出轮廓的最小曲率半径R。,以最小曲率R处的加工精度确定弦长l，计算节点坐标值。,（3）等误差法,用直线段逼近曲线y=f(x)时使每段的逼近误差相等，且小于允许误差允。,以曲线的起点a为圆心，以允为半径作圆O，求圆与曲线的公切线MN，然后过a点做MN的平行线交曲线于b点，即为所求的节点。,a,b,允,各直线逼近方法比较,2）双圆弧段逼近,轮廓曲线y=f(x)可以用圆弧段逼近，并使逼近误差 允。,用圆弧段逼近时，各个逼近的圆弧段是光滑连接的，其程

36、序段大大少于直线逼近的程序段。可直接用于有圆弧插补的数控机床。,用圆弧逼近轮廓曲线的方法有很多，常用是双圆弧逼近法。,双圆弧逼近法是通过在轮廓曲线上按照一定的方法连续取4个节点，根据这4个节点的分布情况可确定中间两个节点双圆弧逼近的形式与节点。,2）双圆弧段逼近,直线元素 内切双圆弧 外切双圆弧 p1,p2,p3,p4 p1,p4在p2p3 p1,p4在p2p3 接近一直线 连线同侧 连线两侧 (- 0.05) 切于N点 切于P点,2、球头铣刀行距和步长的确定,一般曲面零件的数控加工通常采用球头铣刀。 用球头铣刀加工曲面时通常按行切法，即铣刀沿坐标轴方向或曲面参数轴方向对曲面进行一行一行加工。

37、,用球头铣刀加工曲面时，必然会留下一段残留高度。残留高度的大小决定于刀具的半径和切削行距。刀具半径越大，残留高度越小；切削行距越小，残留高度越小。,2、球头铣刀行距的确定,平面,曲面,残留高度H 粗糙度要求Ra,3、平面型腔加工刀位点的计算,型腔是指由封闭的约束边界及底面构成的凹坑。,凹坑的坑壁与底面垂直，也可能有斜度。有的型腔内部存在凸台，称之为岛屿。,型腔的加工是成型模具和机械加工中常见的一种加工方式。,主要有行切法（Zigzag）、环切法（Spiral）及复合切法。,行切走刀路线 a)往返走刀 b)单向走刀,包含岛屿平面型腔简图,行切法：刀具按平行于某坐标轴方向或一组平行线方向走刀。刀位

38、计算简单，遇到岛屿抬刀越过岛屿，或沿岛屿边界绕过去。,往返走刀可减少抬刀次数，空行程少、加工效率高，但在加工过程中交替进行顺铣、逆铣加工，影响切削力的大小和加工表面质量。,顺铣：当铣刀和工件接触部分的旋转方向和工件的进给方向相同时。,逆铣：当铣刀和工件接触部分的旋转方向和工件的进给方向相反时。,若不宜采用往返走刀，可采用单向走刀方式，但效率低下，有空行程存在。,环切法:是环绕型腔边界进行切削加工方法。,加工状态稳定，轮廓表面加工质量好，是常用的数控加工方法之一。,环切法刀位点计算比较复杂，尤其是带有多个岛、坑的复杂型腔的刀位点计算是国内外学者研究的热点问题。,4、转角过渡处理,转角过渡是数控编

39、程中常常遇到的问题。,数控加工中转角在刀具系统补偿计算中得到解决。,不同的数控系统处理方法不同。,CAD/CAM 系统对转角进行专门处理，常用的有：圆弧过渡、尖角过渡、方角过渡、三角过渡等方法。,4、转角过渡处理,a)圆弧过渡： 加工轮廓为AB、BC段，对应的刀具中心轨迹为A1B1、B2C1。 为使两条刀具中心轨迹光滑连续，填加一段圆弧B1B2予以过渡。 圆弧B1B2 的圆心为转角B点，圆弧半径为刀具半径。 由于在实际加工过程中，轮廓转角处始终处于切削状态，会使转角处被加工成圆角。,B,4、转角过渡处理,b)尖角过渡：（夹角 90) 延长两轨迹B1D、DB2构成形成尖角 c)方角过度：（夹角

40、90) 在两附加轨迹段之间插入过渡直线D1D2，使B1D1=B2D2=BB1 d)三角过度：应用较少。,5、曲面加工中的刀位计算,参数曲面,参数域,用任意平面去截参数曲面会得到一条平面曲线。,如果保持其中一个参数保持不变，如：v=v0，则P(u,v0)就代表一条以u为变参数、以v0为等参数的的曲线。,刀具沿参数曲面 向或 向等参数线进行切削加工，计算速度快。 若u=u0，刀具运动轨迹按照将由曲线P(u0,v)及其法矢量n决定。,等参数曲线法,ui,若u=ui，刀具运动轨迹按照将由曲线P(ui,v)及其法矢量n决定。,x,y,z 轴，若z轴与刀具主轴方向一致，用垂直于xoy面的任意一族平面去切割

41、曲面，会得到一族平面曲线 刀具沿参数曲面与一组平行平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算消耗时间较长。,任意切片法,刀具由高到低沿参数曲面与一组水平平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算时间最长。,等高线法,6、刀具干涉检验,数控加工过程中，加工表面曲率半径小于刀具半径时的过切现象。,加工水平面应将垂直面作为检查面；加工垂直面，应将水平面作为检查面。,避免刀具干涉,a,b,c,刀具干涉实例,刀具运动方向的干涉检查,运动方向上存在的干涉可排除,非运动方向上的干涉不能排除,仅校核检查刀具运动方向上的加工干涉。,全方位干涉检查 计算刀具中心到离散小曲面片距离是否小于刀具半径，若小则干涉，需要抬刀

42、或绕行。,曲面曲率变化大测点多,曲面平坦，检测点少,考虑刀触点的同时，考虑刀具在零件面全方位的干涉。,测试点,8.4 数控编程中的工艺策略,1、粗精加工的工艺选择 2、刀具的切入和切出引导 3、加工路线的确定及优化,刀具的选用 粗加工：是切除绝大部分多余材料，切削用量较大，刀具负荷重，一般选用平底铣刀，刀具的直径尽可能大。 精加工：是保证加工面精度要求，切削用量较小，刀具负荷轻，根据加工表面形状可选择平底刀、球头刀或圆角铣刀。应优先选用平底刀，应尽量选择圆角铣刀，而少用球头刀。 在刀具直径选择上：先用大直径刀具完成大部分的曲面加工，再用小直径刀具进行清角或局部加工。,1、粗精加工的工艺选择,加

43、工路径的选择 粗加工：加工路径一般选择单向切削，可保证切削过程 稳定，可避免顺逆铣工作状态的变化。 精加工：切削力较小，对顺逆铣反映不敏感，加工路径 可采用双向切削，以减少空行程，提高切削效率。,进刀方式的选择 粗加工：主要考虑刀具切削刃强度； 精加工：主要考虑被加工表面质量。,铣刀端面刃切削能力差，对于型腔加工可采用斜角切入。,粗加工一般采用分层切削,2、刀具的切入和切出引导,二维圆弧切入/切出引导,二维圆弧切入/切出引导应用实例,二维垂直切入/切出 引导应用实例,二维平行切入/切出 引导应用实例,3、加工路线的确定及优化,加工路线确定原则： 获得良好的加工精度和表面质量 走刀路线短空程少

44、数据计算工作量小,a)沿直纹母线走刀 好,b)沿横截面线走刀不好,加工路线确定实例,a)行切法 b)环切法 c)综合法 计算简单 表面质量好 两者综合,型腔加工路线确定,a)水平走刀 b)沿最长路径角度走刀 不好 好,走刀角度的选择,孔加工相邻距离最近优化法,孔加工例图,通常加工序列,优化加工序列 可节省近一半定位时间,孔加工配对优化法,使用不同刀具时的优化,不好 好,8.5 后置处理及DNC,后置处理：刀位计算后，CAM系统将生成一个刀位文件,该文件不能直接送给数控机床使用，尚需其转换为机床控制代码。,10 TOOL PATH/P2, TOOL, T2 20 TLDATA/MILL, 0.3

45、750, 0.0000, 1.0000, 0.0000, 0.0000 30 MSYS/0.0000000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000 0.0000000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000, 0.0000000 40 PAINT/PATH 50 PAINT/SPEED,5 60 PAINT/TOOL,FULL,1 70 PAINT/COLOR,1 80 RAPID 170 PAINT/SPEED,10 180 PAINT/TOOL,NOMORE 190 END-OF-PATH 典型的刀位文件CLS,刀位文件(CLS Cutt

46、er Location Source file) :使用自动编程软件，经过刀位计算所生成的文件。,刀位文件不是数控加工程序，需要设法把刀位文件转换成指定数控机床能执行的数控程序。,1.刀位文件分类 ：,1）IGES标准格式的刀位文件,2）非标准刀位文件,2.后置处理（Post processing）： 把刀位文件转换成指定数控机床能执行的数控程序的过程。,后置处理过程原则上是解释执行，即每读出刀位文件中的一个完整记录（行），便分析该其类型，根,据类型和所选数控机床确定是进行坐标变换还是进行文件代码转换，并生成一个完整的数控程序段，,并写到数控程序文件中去，直到刀位文件结束。,N,Y,开始,退出

47、,3.后置处理过程框图,后置处理的一般过程,数控后置处理的任务是要把刀位文件转换成数控机床所能接受的加工程序，后置处理软件就是要完成加工程序中各类程序段的编排，包括：,1. 生成加工程序起始段,2. 编辑生成起刀点位置段,3. 编辑生成启动机床主轴、换刀、开关冷却液等程序段,4. 各类刀具运动程序段,5. 其它辅助功能（M指令）程序段的编辑等,其中各类刀具运动程序段的编辑构成了后置处理软件的主要内容，通常有：,3). 刀具空走（无切削的空行程）程序段,1). 刀具走直线程序段（有刀补或无刀补）,2). 刀具走圆弧程序段（有刀补或无刀补）,4). 刀具上升(抬刀)程序段,5). 刀具下降(下刀)程序段,专用后置处理模块工作原理,通用后置处理模块工作原理（如UG）,DNC含义：,a)BTR