数控机床自动编程

第四章自动编程1、APT为代表的语言自动编程（AutomaticalProgrammedTools)2、图形交互式自动编程3、以参数化设计、特征造型为主导的新一代CAD/CAM系统4.1自动编程概述典型软件Unigraphics、I-DEAS、Pro/Engineer、CATIACIMATRONMastercam、SurfcamCAXA-ME、金银花系统4.1自动编程概述CAD／CAM编程过程不管采用什么CAD／CAM软件，NC编程的基本过程及内容大同小异

刀具的定义或选择，刀具相对于零件表面的运动方式的定义，切削加工参数的确定，走刀轨迹的生成，加工过程的动态图形仿真显示、程序验证后置处理4.1自动编程概述加工模块加工环境操作导航器ManufacturingInitialize参数组程序组刀具组加工几何组加工方法组创建操作主模型产生刀具路径后处理刀具路径检查、模拟NC程序数控机床车间资料（程序单）——工件的装夹、加工坐标系的位置、执行顺序、刀具数据等UG/PostPostprocessVerifyToolpath1、二坐标数控加工对象:外形轮廓二维型腔孔二维字符4.2二坐标数控加工导轨生成算法2、二坐标数控加工刀具半径补偿

计算机辅助数控编程，刀具半径补偿除了可由数控系统实现外，还可由数控编程系统实现，即根据给定的刀具半径值和待加工零件的外形轮廓，由数控编程系统计算出实际的刀具中心轨迹。

4.2二坐标数控加工导轨生成算法3、两坐标联动走刀基本方式4.2二坐标数控加工导轨生成算法Zig-ZagZigZigWithContourFollowPeripheryFollowPartTrochoidalProfileStandardDrive3、两坐标联动走刀基本方式Zig-Zag3、两坐标联动走刀基本方式单向zig3、两坐标联动走刀基本方式单向带轮廓（ZigWithCounter）3、两坐标联动走刀基本方式跟随周边（FollowPeriphery）3、两坐标联动走刀基本方式跟随工件（FollowPart）3、两坐标联动走刀基本方式跟随工件（FollowPart）跟随周边（FollowPeriphery）Voronoi图摆线（Trochoidal）3、两坐标联动走刀基本方式轮廓（Profile）3、两坐标联动走刀基本方式StandardDrive3、两坐标联动走刀基本方式4、外形轮廓铣削加工刀具轨迹生成轮廓预处理非圆曲线段离散逼近排序（外形轮廓的串联和有序化）手工编程时是直接用数控加工程序来保证的。计算机辅助数控编程，则必须用一定的数据结构和计算方法来保证。定义进刀、退刀线4、外形轮廓铣削加工刀具轨迹生成刀具轨迹基本参数的定义轮廓偏置（刀心轨迹生成）4、外形轮廓铣削加工刀具轨迹生成5、二维型腔数控加工刀具轨迹生成二维型腔是指以平面封闭轮廓为边界的平底直壁凹坑

二维型腔加工的一般过程是：沿轮廓边界留出精加工余量，先用平底端铣刀用环切或行切法走刀，铣去型腔的多余材料，沿型腔底面和轮廓走刀，精铣型腔底面和边界外形。当型腔较深时，则要分层进行粗加工。

5、二维型腔数控加工刀具轨迹生成(1)行切法加工刀具轨迹生成这种加工方法的刀具轨迹计算比较简单，其基本过程是：确定走刀路线的角度（与X轴的夹角）。根据刀具半径及加工要求确定走刀步距。根据平面型腔边界轮廓外形（包括岛屿的外形）、走刀步距、刀具半径和精加工余量计算各切削行的刀具轨迹。将各行刀具轨迹线段有序连接起来，

对于有岛屿的刀具轨迹线段连接，需要采用以下计算步骤：平面型腔边界（含岛屿的边界）轮廓的串联和有序化：生成封闭的边界轮廓。边界（含岛屿的边界）轮廓等距线的生成：该等距线距离边界轮廓的距离为精加工余量与刀具半径之和。行切加工各行刀具轨迹计算：刀具轨迹线段的有序串联；沿型腔和岛屿的等距线运动，生成最后一条刀具轨迹。5、二维型腔数控加工刀具轨迹生成(1)行切法加工刀具轨迹生成5、二维型腔数控加工刀具轨迹生成(1)行切法加工刀具轨迹生成（2）环切法加工刀具轨迹生成环切法加工一般是沿型腔边界走等距线，刀具轨迹的计算相对比较复杂，其优点是铣刀的切削方式不变（顺铣或逆铣）。环切法加工分为由内至外环切和由外至内环切。一种等距线计算方法是直接偏置法，其算法步骤如下：按一定的偏置距离对封闭轮廓曲线的每一条边界曲线分别计算等距线；对各条等距线进行必要的裁剪或延拓，连接形成封闭曲线。处理等距线的自相交，并进行有效性测试，判断时候和岛屿、边界轮廓曲线干涉，去掉多余环，得到基于上述偏置距离的封闭等距线。重复上述过程，直到遍历完所有待加工区域。定义进刀、退刀线刀具轨迹基本参数的定义轮廓偏置（刀心轨迹生成）经过预处理后的轮廓只包含直线段和圆弧段，对应的偏置（等距）线段仍是直线和圆弧，容易得到,加工轨迹不是这些偏置线段的简单连接，而需进行刀具干涉检查和偏置线段过渡处理平面铣（PlanarMill）和型腔铣（CavityMill）4.2二坐标数控加工导轨生成算法6、UG中的加工方法UG中对加工域有影响的的几何体加工边界（PartBoundary）PartBoundary指定加工量毛坯边界（BlankBoundary）PartandBlankBoundaries共同决定切削量检查边界（CheckBoundary）CheckBoundary指定夹具几何修剪边界（TrimBoundary）修剪边界（TrimBoundary）裁掉了TrimBoundary外的所有加工区域。4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成

1、多坐标数控加工的加工对象：多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。如下几种加工对象（或加工特征）：多坐标点位加工。空间曲线加工。曲面区域加工。组合曲面加工。曲面交线区域加工。曲面间过渡区域加工。裁剪曲面加工。复杂多曲面加工。曲面型腔加工。曲面通道加工。2、刀具轨迹生成方法（1）参数线法——适用于曲面区域和组合曲面的加工编程；（2）截平面法——适用于曲面区域、组合曲面、复杂多曲面和曲面型腔的加工编程；（3）回转截面法——适用于曲面区域、组合曲面、复杂多曲面和曲面型腔的加工编程。（4）投影法——适用于有干涉面存在的复杂多曲面和曲面型腔的加工编程。（5）三坐标球形刀多面体曲面加工方法——适用于三角域曲面和散乱数据描述的曲面加工编程。4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成一种较好的刀具轨迹生成方法：计算速度快占用计算机内存少切削行距分布均匀、加工误差小且分布均匀、走刀步长分布合理、刀具轨迹流畅，算法稳定，无过切干涉，适应性广，加工效率高等要求。3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成（1）切触点（cuttingcontactpoint）指刀具在加工过程中与被加工零件曲面的理论接触点。3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成（2）切触点曲线（cuttingcontactcurve）指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触点曲线是生成刀具轨迹的基本要素，既可以显式地定义在加工曲面上，如曲面的等参数线、二曲面的交线等，也可以隐式定义，使其满足一些约束条件，如约束刀具沿导动线运动，而导动线的投影可以定义刀具在加工曲面上的切触点，还可以定义刀具中心轨迹，切触点曲线由刀具中心轨迹隐式定义。这就是说，切触点曲线可以是曲面上实在的曲线，也可以是对切触点的约束条件所隐含的“虚拟”曲线。3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成（3）刀位点数据（cutterlocationdata，简称为CLData）指准确确定刀具在加工过程中的每一位置所需的数据。原则上可定义刀具的任意位置为刀位点，实际中为计算的一致性和便于对刀调整，采用刀具轴线的顶端作为标准刀位点。一般来说，刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀具中心点和刀轴矢量来进行描述，其中刀具中心点可以是刀心点，也可以是刀尖点，视具体情况而定。“刀具轴”定义为从刀尖方向指向刀柄方向的矢量

（4）刀具轨迹曲线指在加工过程中由刀位点构成的曲线，即曲线上的每一点包含一个刀轴矢量。刀具轨迹曲线一般由切触点曲线定义刀具偏置计算得到，计算结束存放于刀位文件（CLDatafile）之中。3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成typedefstruct{ Ppoint3 PASTLC; /*刀心 Vvector3 PASTLA; /*刀轴矢量}CLDATA;其中，Ppoint3和Vvector3分别为三维点的数据结构和三维矢量的数据结构，分别定义为：typedefstruct{ double x; /*点的x坐标 double y; /*点的y坐标 double z; /*点的z坐标}Ppoint3;typedefstruct{ double x;/*矢量在x轴上的投影分量 double y;/*矢量在y轴上的投影分量 double z;/*矢量在z轴上的投影分量}Vvector3;3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成（5）导动规则指曲面上切触点曲线的生成方法（如参数线法、截平面法）及一些有关加工精度的参数，如步长、行距、两切削行间的残余高度、曲面加工的盈余容差（outtolerance）和过切容差（innertolerance）等。（6）刀具偏置（tooloffset）指由切触点生成刀位点的计算过程。3、与刀具轨迹生成有关的几个基本概念4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成刀具轨迹曲线切触点曲线曲面描述导动规则刀具偏置由以上定义，可以将曲面加工刀具轨迹的计算过程简略地表述为：给出一张或多张待加工曲面（零件面），按导动规则约束生成切触点曲线，由切触点曲线按某种刀具偏置计算方法生成刀具轨迹曲线。由于一般的数控系统有线性、圆弧等少数几种插补功能，所以一般需将切触点曲线和刀具轨迹曲线按点串方式给出，并保证加工精度。

4、曲面加工刀具轨迹生成计算过程4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成5、多坐标点位数控加工刀具轨迹生成4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成1）让钻头走到曲面上方一点P02）在P0点处摆刀。3）保持摆角不变，钻孔。4）退刀之P0点，摆角归零，刀具回零点。6、参数线法4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成等参数步长法参数筛选法（等误差）参数线法曲面参数线加工方法是多坐标数控加工中生成刀具轨迹的主要方法，特点是切削行沿曲面的参数线分布，即切削行沿u线或v线分布，适用于网格比较规整的参数曲面的加工。基于曲面参数线加工的刀具轨迹计算方法的基本思想是利用Bezier曲线曲面的细分特性，将加工表面沿参数线方向进行细分，生成的点位作为加工时刀具与曲面的切触点。因此，曲面参数线加工方法也称为Bezier曲线离散算法。6、参数线法4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成如球面方程r=R{cosφcosθ，cosφsinθ，sinφ}当θ=θ0时代表球面上的经线，当φ=φ0时代表球面上的纬线，不同的θ0φ0就对应不同的经纬线，构成地球仪上的经纬线网。截平面法截平面法加工的基本思想是指采用一组平面去截取加工表面，截出一系列交线，刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，完成曲面的加工。该方法使刀具与曲面的切触点轨迹在同一平面上。截平面可以定义为一组平行的平面，也可以定义为一组绕某直线旋转的平面

7、截平面法4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成刀具沿截平面与加工表面等距面的交线运动为二轴联动运动方式，刀具与加工表面的切触点一般不在同一截平面内，但偏离截面不太远。需要指出的是，刀具沿截平面与加工表面的交线运动一般为三轴联动运动方式，这是因为尽管刀具与加工表面的切触点在同一截平面内，但由于在截交线上的曲面法矢的转动，刀心一般并不在同一截平面内；投影法8、投影法4.3多坐标数控加工刀具轨迹生成投影法基本原理先由驱动几何（DriveGeometry）产生驱动点，在每个驱动点处，按投影方向（ProjectionVector）驱动刀具向着加工几何（PartGeometry）移动，直至刀具接触到加工几何为止，此时，得到切触点，最后，系统根据切触点处的曲率半径和刀具半径值，补偿得到刀具定位点。刀具投影方向接触点刀具定位点驱动几何加工几何驱动点刀具投影方向接触点刀具定位点驱动几何加工几何驱动点固定轴轮廓铣（Fixed_Contour）可变轴轮廓铣（Variable-Contour）主要用于半精或精加工一个或多个复杂曲面+ZM轴I,J,KI,J,KI,J,K离开点允许您定义偏离焦点的“可变刀具轴”。

指向点允许您定义向焦点收敛的“可变刀具轴”。指向点允许您定义向焦点收敛的“可变刀具轴”。指向直线允许您定义向聚焦线收敛的“可变刀具轴”。垂直于部件允许您定义在每个接触点处垂直于“部件表面”的“刀具轴”。驱动方式允许您定义创建“刀轨”所需的“驱动点”。驱动方式允许您定义创建“刀轨”所需的“驱动点”。螺旋驱动方式

UG驱动方式边界驱动边界驱动方式允许您通过指定“边界”和“环”定义切削区域。UG驱动方式边界驱动UG驱动方式边界驱动UG驱动方式边界驱动UG驱动方式径向切削驱动方式UG驱动方式径向切削驱动方式允许您使用指定的“步进距离”、“带宽”和“切削模式”生成沿着并垂直于给定边界的“驱动路径”。此驱动方式可用于生成清根加工区域铣削驱动方式UG驱动方式它只能用于“固定轴曲面轮廓铣”操作，不需要驱动几何体。可以通过选择“曲面区域”、“片体”或“面”来定义“切削区域”。与“曲面区域驱动方式”不同，切削区域几何体不需要按一定的行序或列序进行选择。如果不指定“切削区域”，系统将使用完整定义的“部件几何体”（刀具无法访问的区域除外）作为切削区域。换言之，系统将使用部件轮廓线作为切削区域。如果使用整个“部件几何体”而没有定义“切削区域”，则不能删除“边界跟踪”。陡角

任何给定点的部件陡峭度可定义为刀具轴和面的法向之间的角度。陡峭区域是指部件的陡峭度大于