數(shù)控機(jī)床自動編程

第四章自動編程1、APT為代表的語言自動編程（AutomaticalProgrammedTools)2、圖形交互式自動編程3、以參數(shù)化設(shè)計、特征造型為主導(dǎo)的新一代CAD/CAM系統(tǒng)4.1自動編程概述典型軟件Unigraphics、I-DEAS、Pro/Engineer、CATIACIMATRONMastercam、SurfcamCAXA-ME、金銀花系統(tǒng)4.1自動編程概述CAD／CAM編程過程不管采用什么CAD／CAM軟件，NC編程的基本過程及內(nèi)容大同小異

刀具的定義或選擇，刀具相對于零件表面的運(yùn)動方式的定義，切削加工參數(shù)的確定，走刀軌跡的生成，加工過程的動態(tài)圖形仿真顯示、程序驗(yàn)證后置處理4.1自動編程概述加工模塊加工環(huán)境操作導(dǎo)航器ManufacturingInitialize參數(shù)組程序組刀具組加工幾何組加工方法組創(chuàng)建操作主模型產(chǎn)生刀具路徑后處理刀具路徑檢查、模擬NC程序數(shù)控機(jī)床車間資料（程序單）——工件的裝夾、加工坐標(biāo)系的位置、執(zhí)行順序、刀具數(shù)據(jù)等UG/PostPostprocessVerifyToolpath1、二坐標(biāo)數(shù)控加工對象:外形輪廓二維型腔孔二維字符4.2二坐標(biāo)數(shù)控加工導(dǎo)軌生成算法2、二坐標(biāo)數(shù)控加工刀具半徑補(bǔ)償

計算機(jī)輔助數(shù)控編程，刀具半徑補(bǔ)償除了可由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外，還可由數(shù)控編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)給定的刀具半徑值和待加工零件的外形輪廓，由數(shù)控編程系統(tǒng)計算出實(shí)際的刀具中心軌跡。

4.2二坐標(biāo)數(shù)控加工導(dǎo)軌生成算法3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式4.2二坐標(biāo)數(shù)控加工導(dǎo)軌生成算法Zig-ZagZigZigWithContourFollowPeripheryFollowPartTrochoidalProfileStandardDrive3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式Zig-Zag3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式單向zig3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式單向帶輪廓（ZigWithCounter）3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式跟隨周邊（FollowPeriphery）3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式跟隨工件（FollowPart）3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式跟隨工件（FollowPart）跟隨周邊（FollowPeriphery）Voronoi圖擺線（Trochoidal）3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式輪廓（Profile）3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式StandardDrive3、兩坐標(biāo)聯(lián)動走刀基本方式4、外形輪廓銑削加工刀具軌跡生成輪廓預(yù)處理非圓曲線段離散逼近排序（外形輪廓的串聯(lián)和有序化）手工編程時是直接用數(shù)控加工程序來保證的。計算機(jī)輔助數(shù)控編程，則必須用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計算方法來保證。定義進(jìn)刀、退刀線4、外形輪廓銑削加工刀具軌跡生成刀具軌跡基本參數(shù)的定義輪廓偏置（刀心軌跡生成）4、外形輪廓銑削加工刀具軌跡生成5、二維型腔數(shù)控加工刀具軌跡生成二維型腔是指以平面封閉輪廓為邊界的平底直壁凹坑

二維型腔加工的一般過程是：沿輪廓邊界留出精加工余量，先用平底端銑刀用環(huán)切或行切法走刀，銑去型腔的多余材料，沿型腔底面和輪廓走刀，精銑型腔底面和邊界外形。當(dāng)型腔較深時，則要分層進(jìn)行粗加工。

5、二維型腔數(shù)控加工刀具軌跡生成(1)行切法加工刀具軌跡生成這種加工方法的刀具軌跡計算比較簡單，其基本過程是：確定走刀路線的角度（與X軸的夾角）。根據(jù)刀具半徑及加工要求確定走刀步距。根據(jù)平面型腔邊界輪廓外形（包括島嶼的外形）、走刀步距、刀具半徑和精加工余量計算各切削行的刀具軌跡。將各行刀具軌跡線段有序連接起來，

對于有島嶼的刀具軌跡線段連接，需要采用以下計算步驟：平面型腔邊界（含島嶼的邊界）輪廓的串聯(lián)和有序化：生成封閉的邊界輪廓。邊界（含島嶼的邊界）輪廓等距線的生成：該等距線距離邊界輪廓的距離為精加工余量與刀具半徑之和。行切加工各行刀具軌跡計算：刀具軌跡線段的有序串聯(lián)；沿型腔和島嶼的等距線運(yùn)動，生成最后一條刀具軌跡。5、二維型腔數(shù)控加工刀具軌跡生成(1)行切法加工刀具軌跡生成5、二維型腔數(shù)控加工刀具軌跡生成(1)行切法加工刀具軌跡生成（2）環(huán)切法加工刀具軌跡生成環(huán)切法加工一般是沿型腔邊界走等距線，刀具軌跡的計算相對比較復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)是銑刀的切削方式不變（順銑或逆銑）。環(huán)切法加工分為由內(nèi)至外環(huán)切和由外至內(nèi)環(huán)切。一種等距線計算方法是直接偏置法，其算法步驟如下：按一定的偏置距離對封閉輪廓曲線的每一條邊界曲線分別計算等距線；對各條等距線進(jìn)行必要的裁剪或延拓，連接形成封閉曲線。處理等距線的自相交，并進(jìn)行有效性測試，判斷時候和島嶼、邊界輪廓曲線干涉，去掉多余環(huán)，得到基于上述偏置距離的封閉等距線。重復(fù)上述過程，直到遍歷完所有待加工區(qū)域。定義進(jìn)刀、退刀線刀具軌跡基本參數(shù)的定義輪廓偏置（刀心軌跡生成）經(jīng)過預(yù)處理后的輪廓只包含直線段和圓弧段，對應(yīng)的偏置（等距）線段仍是直線和圓弧，容易得到,加工軌跡不是這些偏置線段的簡單連接，而需進(jìn)行刀具干涉檢查和偏置線段過渡處理平面銑（PlanarMill）和型腔銑（CavityMill）4.2二坐標(biāo)數(shù)控加工導(dǎo)軌生成算法6、UG中的加工方法UG中對加工域有影響的的幾何體加工邊界（PartBoundary）PartBoundary指定加工量毛坯邊界（BlankBoundary）PartandBlankBoundaries共同決定切削量檢查邊界（CheckBoundary）CheckBoundary指定夾具幾何修剪邊界（TrimBoundary）修剪邊界（TrimBoundary）裁掉了TrimBoundary外的所有加工區(qū)域。4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成

1、多坐標(biāo)數(shù)控加工的加工對象：多坐標(biāo)數(shù)控加工可以解決任何復(fù)雜曲面零件的加工問題。如下幾種加工對象（或加工特征）：多坐標(biāo)點(diǎn)位加工?？臻g曲線加工。曲面區(qū)域加工。組合曲面加工。曲面交線區(qū)域加工。曲面間過渡區(qū)域加工。裁剪曲面加工。復(fù)雜多曲面加工。曲面型腔加工。曲面通道加工。2、刀具軌跡生成方法（1）參數(shù)線法——適用于曲面區(qū)域和組合曲面的加工編程；（2）截平面法——適用于曲面區(qū)域、組合曲面、復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程；（3）回轉(zhuǎn)截面法——適用于曲面區(qū)域、組合曲面、復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。（4）投影法——適用于有干涉面存在的復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。（5）三坐標(biāo)球形刀多面體曲面加工方法——適用于三角域曲面和散亂數(shù)據(jù)描述的曲面加工編程。4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成一種較好的刀具軌跡生成方法：計算速度快占用計算機(jī)內(nèi)存少切削行距分布均勻、加工誤差小且分布均勻、走刀步長分布合理、刀具軌跡流暢，算法穩(wěn)定，無過切干涉，適應(yīng)性廣，加工效率高等要求。3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成（1）切觸點(diǎn)（cuttingcontactpoint）指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點(diǎn)。3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成（2）切觸點(diǎn)曲線（cuttingcontactcurve）指刀具在加工過程中由切觸點(diǎn)構(gòu)成的曲線。切觸點(diǎn)曲線是生成刀具軌跡的基本要素，既可以顯式地定義在加工曲面上，如曲面的等參數(shù)線、二曲面的交線等，也可以隱式定義，使其滿足一些約束條件，如約束刀具沿導(dǎo)動線運(yùn)動，而導(dǎo)動線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點(diǎn)，還可以定義刀具中心軌跡，切觸點(diǎn)曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說，切觸點(diǎn)曲線可以是曲面上實(shí)在的曲線，也可以是對切觸點(diǎn)的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成（3）刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)（cutterlocationdata，簡稱為CLData）指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中的每一位置所需的數(shù)據(jù)。原則上可定義刀具的任意位置為刀位點(diǎn)，實(shí)際中為計算的一致性和便于對刀調(diào)整，采用刀具軸線的頂端作為標(biāo)準(zhǔn)刀位點(diǎn)。一般來說，刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點(diǎn)和刀軸矢量來進(jìn)行描述，其中刀具中心點(diǎn)可以是刀心點(diǎn)，也可以是刀尖點(diǎn)，視具體情況而定?！暗毒咻S”定義為從刀尖方向指向刀柄方向的矢量

（4）刀具軌跡曲線指在加工過程中由刀位點(diǎn)構(gòu)成的曲線，即曲線上的每一點(diǎn)包含一個刀軸矢量。刀具軌跡曲線一般由切觸點(diǎn)曲線定義刀具偏置計算得到，計算結(jié)束存放于刀位文件（CLDatafile）之中。3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成typedefstruct{ Ppoint3 PASTLC; /*刀心 Vvector3 PASTLA; /*刀軸矢量}CLDATA;其中，Ppoint3和Vvector3分別為三維點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維矢量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別定義為：typedefstruct{ double x; /*點(diǎn)的x坐標(biāo) double y; /*點(diǎn)的y坐標(biāo) double z; /*點(diǎn)的z坐標(biāo)}Ppoint3;typedefstruct{ double x;/*矢量在x軸上的投影分量 double y;/*矢量在y軸上的投影分量 double z;/*矢量在z軸上的投影分量}Vvector3;3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成（5）導(dǎo)動規(guī)則指曲面上切觸點(diǎn)曲線的生成方法（如參數(shù)線法、截平面法）及一些有關(guān)加工精度的參數(shù)，如步長、行距、兩切削行間的殘余高度、曲面加工的盈余容差（outtolerance）和過切容差（innertolerance）等。（6）刀具偏置（tooloffset）指由切觸點(diǎn)生成刀位點(diǎn)的計算過程。3、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成刀具軌跡曲線切觸點(diǎn)曲線曲面描述導(dǎo)動規(guī)則刀具偏置由以上定義，可以將曲面加工刀具軌跡的計算過程簡略地表述為：給出一張或多張待加工曲面（零件面），按導(dǎo)動規(guī)則約束生成切觸點(diǎn)曲線，由切觸點(diǎn)曲線按某種刀具偏置計算方法生成刀具軌跡曲線。由于一般的數(shù)控系統(tǒng)有線性、圓弧等少數(shù)幾種插補(bǔ)功能，所以一般需將切觸點(diǎn)曲線和刀具軌跡曲線按點(diǎn)串方式給出，并保證加工精度。

4、曲面加工刀具軌跡生成計算過程4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成5、多坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)控加工刀具軌跡生成4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成1）讓鉆頭走到曲面上方一點(diǎn)P02）在P0點(diǎn)處擺刀。3）保持?jǐn)[角不變，鉆孔。4）退刀之P0點(diǎn)，擺角歸零，刀具回零點(diǎn)。6、參數(shù)線法4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成等參數(shù)步長法參數(shù)篩選法（等誤差）參數(shù)線法曲面參數(shù)線加工方法是多坐標(biāo)數(shù)控加工中生成刀具軌跡的主要方法，特點(diǎn)是切削行沿曲面的參數(shù)線分布，即切削行沿u線或v線分布，適用于網(wǎng)格比較規(guī)整的參數(shù)曲面的加工?；谇鎱?shù)線加工的刀具軌跡計算方法的基本思想是利用Bezier曲線曲面的細(xì)分特性，將加工表面沿參數(shù)線方向進(jìn)行細(xì)分，生成的點(diǎn)位作為加工時刀具與曲面的切觸點(diǎn)。因此，曲面參數(shù)線加工方法也稱為Bezier曲線離散算法。6、參數(shù)線法4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成如球面方程r=R{cosφcosθ，cosφsinθ，sinφ}當(dāng)θ=θ0時代表球面上的經(jīng)線，當(dāng)φ=φ0時代表球面上的緯線，不同的θ0φ0就對應(yīng)不同的經(jīng)緯線，構(gòu)成地球儀上的經(jīng)緯線網(wǎng)。截平面法截平面法加工的基本思想是指采用一組平面去截取加工表面，截出一系列交線，刀具與加工表面的切觸點(diǎn)就沿著這些交線運(yùn)動，完成曲面的加工。該方法使刀具與曲面的切觸點(diǎn)軌跡在同一平面上。截平面可以定義為一組平行的平面，也可以定義為一組繞某直線旋轉(zhuǎn)的平面

7、截平面法4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成刀具沿截平面與加工表面等距面的交線運(yùn)動為二軸聯(lián)動運(yùn)動方式，刀具與加工表面的切觸點(diǎn)一般不在同一截平面內(nèi)，但偏離截面不太遠(yuǎn)。需要指出的是，刀具沿截平面與加工表面的交線運(yùn)動一般為三軸聯(lián)動運(yùn)動方式，這是因?yàn)楸M管刀具與加工表面的切觸點(diǎn)在同一截平面內(nèi)，但由于在截交線上的曲面法矢的轉(zhuǎn)動，刀心一般并不在同一截平面內(nèi)；投影法8、投影法4.3多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成投影法基本原理先由驅(qū)動幾何（DriveGeometry）產(chǎn)生驅(qū)動點(diǎn)，在每個驅(qū)動點(diǎn)處，按投影方向（ProjectionVector）驅(qū)動刀具向著加工幾何（PartGeometry）移動，直至刀具接觸到加工幾何為止，此時，得到切觸點(diǎn)，最后，系統(tǒng)根據(jù)切觸點(diǎn)處的曲率半徑和刀具半徑值，補(bǔ)償?shù)玫降毒叨ㄎ稽c(diǎn)。刀具投影方向接觸點(diǎn)刀具定位點(diǎn)驅(qū)動幾何加工幾何驅(qū)動點(diǎn)刀具投影方向接觸點(diǎn)刀具定位點(diǎn)驅(qū)動幾何加工幾何驅(qū)動點(diǎn)固定軸輪廓銑（Fixed_Contour）可變軸輪廓銑（Variable-Contour）主要用于半精或精加工一個或多個復(fù)雜曲面+ZM軸I,J,KI,J,KI,J,K離開點(diǎn)允許您定義偏離焦點(diǎn)的“可變刀具軸”。

指向點(diǎn)允許您定義向焦點(diǎn)收斂的“可變刀具軸”。指向點(diǎn)允許您定義向焦點(diǎn)收斂的“可變刀具軸”。指向直線允許您定義向聚焦線收斂的“可變刀具軸”。垂直于部件允許您定義在每個接觸點(diǎn)處垂直于“部件表面”的“刀具軸”。驅(qū)動方式允許您定義創(chuàng)建“刀軌”所需的“驅(qū)動點(diǎn)”。驅(qū)動方式允許您定義創(chuàng)建“刀軌”所需的“驅(qū)動點(diǎn)”。螺旋驅(qū)動方式

UG驅(qū)動方式邊界驅(qū)動邊界驅(qū)動方式允許您通過指定“邊界”和“環(huán)”定義切削區(qū)域。UG驅(qū)動方式邊界驅(qū)動UG驅(qū)動方式邊界驅(qū)動UG驅(qū)動方式邊界驅(qū)動UG驅(qū)動方式徑向切削驅(qū)動方式UG驅(qū)動方式徑向切削驅(qū)動方式允許您使用指定的“步進(jìn)距離”、“帶寬”和“切削模式”生成沿著并垂直于給定邊界的“驅(qū)動路徑”。此驅(qū)動方式可用于生成清根加工區(qū)域銑削驅(qū)動方式UG驅(qū)動方式它只能用于“固定軸曲面輪廓銑”操作，不需要驅(qū)動幾何體?？梢酝ㄟ^選擇“曲面區(qū)域”、“片體”或“面”來定義“切削區(qū)域”。與“曲面區(qū)域驅(qū)動方式”不同，切削區(qū)域幾何體不需要按一定的行序或列序進(jìn)行選擇。如果不指定“切削區(qū)域”，系統(tǒng)將使用完整定義的“部件幾何體”（刀具無法訪問的區(qū)域除外）作為切削區(qū)域。換言之，系統(tǒng)將使用部件輪廓線作為切削區(qū)域。如果使用整個“部件幾何體”而沒有定義“切削區(qū)域”，則不能刪除“邊界跟蹤”。陡角

任何給定點(diǎn)的部件陡峭度可定義為刀具軸和面的法向之間的角度。陡峭區(qū)域是指部件的陡峭度大于