材料成形CADCAECAM基础8计算机辅助制造技术

1材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

C

I

H

M

C

6本章教学要求

.SE一了解：数控加工中各坐标系的概念及定义；—

.6E

U二熟悉：数控机床与刀具的类型及其工艺特点，各种

8

p

u

e

a

o

u

a一掌握：二坐标数控加工刀位轨迹生成及规划；一

o

s

S二学会：自动编程中的后置处理和基于UG环境的自

7HS

2

B动编程。

S

。J数控加工过程及其主要技术内容（如图8.1）

o

qo

so

e>返回页码：1

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

加工要求

p

u

e

aof

u

a

o

s

s

7Ks

£

e

Jw

o

qo

so

m

页码：2

m材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

H

M

c

6

.-E

a).1数控加工工艺

au)

g

u

a.2刀位轨迹规划与生成

up

®

a

o

c

o.3后置处理及加工代码生成

o

s

.4自动编程实例

J

o

o

o

q

o

s

酸

返回页码：3

1

C材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

I

H

M

&

U

N

(.1数控加工工艺

D

0)

/C数控加工中的坐标系

U68.1.1

<

PD机床与刀具

R8.1.2

E

a

o

E切削条件的确定及其优化

o8.1.3

o

s

s其他工艺问题

B/8.1.4

K/

JQ

nB

。J

o

oq

s

旌返回页码：4

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

8.2刀位轨迹规划与生成

三8.2.1二坐标数捽加工刀具轨迹生成三

二8.2.2三坐标端铳数控加工刀位计算方法

8.2.3多坐标数控加工刀具轨迹规划

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

j

n

H

M

a

W

S

U.3后置处理及加工代码生成

B

U

a

up

e8.3.1后置处理任务与流程

a

uo

aof8.3.2多坐标机床的结构形式与理想状态下的

s

s

B/

」/运动求解

Ja)

nB

J

o

o

o

q

o

s

废

返回页码：6

-材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

O

H

M8.4自动编程实例

a本节以某水轮机叶片加工数控编程为例，详细介绍基于

p环境的自动编程过程。

uUGNX2.0

p1.将叶片截面数据转换为UG能识别的曲线数据文件

水轮机叶片用个截面描述，每个截面分上、下两面。

ao)13

u因此，上、下表面各有13根截面线，并分别以

ao>

s记录叶片上表面曲线数据，以

Stopl.daWopl3.dat

7HBbottoml.dat〜bottom13.dat记录叶片下表面曲线数据。其中，

2

B*.dat为UG能识别的数据文件格式。表8-1给出了叶片上表面

W

J第五截面的截面线数据(即o

otop5.dat)

o

o.叶片曲面曲面生成

q2

o

s3.叶片的数控加工编程*

旌

H录返回页码：7

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

j

_

n表8-1某水轮机叶片截面数据（top5.dat数据文件中的数据）

H

M序号XYZ序号XYZ

a1411.2-17.9

U1-617.0211411.254.0-8.2

.21411.2-603.9-14.1221411.2108.0-7.7

S

U31411.2-590.8-12.1231411.2162.0-6.8

B

U41411.2-577.7-10.7241411.2216.0-5.5

e51411.2-564.6-9.6251411.2270.037

Y61411.2-551.5-8.8261411.2324.0-1.4

eu

a71411.2-551.5-8.2271411.2378.01.4

uo81411.2-525.3-7.7281411.2432.04.7

oa91411.2-512.2-7.2291411.2486.08.4

s101411.2・499.1-6.8301411.2540.012.8

S1411.2

/111411.2-486.0-6.531594.017.5

B

121411.2-432.0-5.7321411.2648.022.7

'QC

J131411.2-378.0-5.6331411.2702.028.3

B

W141411.2-324.0-6.0341411.2756.034.4

J151411.2・270.0-6.6351411.2810.040.9

。

o161411.2-216.0-7.2361411.2864.047.9

o

q171411.2-162.0-7.8371411.2918.055.1

o1411.262.4

s181411.2-108.0-8.338972.0

191411.2-54.0■8.5391411.21026.069.2<

旌201411.20.0-8.5401411.21077.075.3

页码：8

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

5

H

M

c

62.叶片曲面曲面生成

U

M

<8D二根据截面曲线数据文件厂利用UG生成曲线，然后按照蒙

U

B

U皮法生成叶片曲面。

Ia)

U一加朝七雌§的牛|

B

a

o

u---启动UG软件匚选择【File]|[new],建个新文件r：

o

o

s

s

TES

g

e

w＞由截面线生成叶片曲面

J

。

o

o

q

o

s

且录返回页码：9

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

a3.叶片的数控加工编程

£

」

a)「尹行数控加工编程工需要完成以下步骤：创建检

a)u

g函一生城加壬蹉忙。

umj^fe^^SEE^^ab

Pa>述初始化只是为创建加工操作准备了一个环境，而要生

^

B

a成加五迹还需要佛三系列的准备首先要创建加工坐

o

c

o

o

s

S^8^能够鑫所士呼=井进行。

-

B

H

2―我们共创建了3^作，包括两个粗加工和两个精力

B

S

J下面的工作是生成每个操作的加工代码。

o

o

o

q

o

s

旌

FL录返回页码：10

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

a

u

-

S.1.1数控加工中的坐标系

U

B

U

e1.机床坐标系和坐标轴的命名

p

Bu>机床坐标轴和运动方向的规定

oe

au>机床坐标系的原点

so

2,工件坐标系

3.局部坐标系

J

o

o

o

q

o

s

酸

返回页码：11

2

1

术互尔

：

技成卡码

曙页

造置笛

。

制配手

助示

般师右

辅踞所

*以2

机并8.

算定L乐

轴岐，图

计规e如

章动t述

的桃，

八转H描

第向示

和动昌来

方动表

轴跳Z

动动垂运、

鞭y

运平件

轴的工、回

和为返

于X

轴分母用

轴床对

础标地产轴

动M相

基坐牛峦标

M运翅具坐

A床刀录

/C的三不其FL

E机床而，

A年

/C机如止达

D

A控亚静表

C底件

胡系

形f工标

成解

料动按坐

材斗一，

,111HMc6£」<D<vugua)pu®afouaoss/B/」a)JBnJ。ooqos

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1

n

H

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6C

MU

£<D

6

U

8

l

u

B

a

o

c

o

o

s

s

B/

」/

Ja)

B

n

。J

o

o

q

o图8.2机床坐标轴

s

页码：13

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J

l

f

l

H

M

a

U

E机床坐标系的原点

a

a

u

g=数控机床主各运动轴都有"由行程开关决定的固定机

u

Iaf械原点，也称为参考点或零点匚作为确定机床轴绝对运动位

U

B

8置的基叙机床起动后通常先要同零以建立运动基谓

O

U

3

O

S回零就是指各运动部件回到机械原点位置。机床坐标系原点

s

/

B可以设置为与机械原由数控系统设置加

/

a

w个固定位置。

J

。

o

o

q

o

s

FL录返回页码：14

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i

n

H

M

dU)工件坐标系

N2.

(D

ac)二^伸坐标系是在数控编程时用来定义工件形状和刀具

/

6

u相江妻魂锚吹衣与口生血耀不

<IDEIM

U

B如所编程与^^屐疑的二^—

8m3ij

O

U

3坐标系也应心聿库丰尔坐标系」件装卡到机床上时

O

S

s

/

B

/

a工件坐标系的原点在工件上的位置应便于工件几何形状

e

n的描述。

J

o

o

o

q

o

s

FL录返回页码：15

6

术1

g其单：

技码

工。处差

造X页

制加示点〃

助面所削二

.3

辅曲8切

机维上

图。

算三如面

计系

标，曲

章舞标

坐系为

八"坐

多标，

第部

在坐点

是局

）的触曰的

系态接处

标姿

的点回

坐面面削返

动表

表矢切

础移件件在

基称零

M系零面

A（也对

标与曲L录

/C目J=

E坐系会成

A标重法构

/C部刀为）

D坐点"

A局部定,

C.#

3局确原

形于标小

成足即

料用坐4

材二二=

aUEaauguepueafOUBosS-B一」2BSJ。ooqos户

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

C

W

S

U

B

U

a)

up

e

a

o

E

o

o

s

S

B/

K/

JQ

WB

J

o

o

o

q

o

s

图8.3工件坐标系与局部坐标系

户

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j

_

n

H

M

C

6

u

=

a)

a)u

g

u

a

UI

B

a

o

c

o

o

s

s

TES

g

e

w

J

o

o

o

q

o图8.3工件坐标系与局部坐标系

s

页码：18

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m

H

M8.1.2机床与刀具

c

6

U

K1,机床类型及其工艺特点

CD

aU)＞三坐标数控铳床

B

U＞四坐标数控铳床

<aD

o

c＞五坐标数控铳床

Q

o

s刀具类型及其工艺特点

s2.

/

B

/

a

B£9

n

。J

o

q

oR2

s

a）平底立铳刀b）端铳刀c）球头刀d）环形刀e）鼓形刀f）锥形刀

J=L录返回页码：19

0

2

术切晏除选：

技码

的切行页

造定料进。

制。稳材度虑

助等持的速考

辅予

度保大给

机.不

算宽最进

时，

计得对

削知

章同获形

切已

八和序以变

第化程度具为

度C嘘定

优深N精深刀

削与假

其削的工般

切率加切制

及、向限一回

除的度返

定度切径的

速

速料与力

础确削

给向削

基材切

M的进大轴切

A而

、定虑录

/C件最，FL

E速标有确考

A条应再）

/C转目具

D削先后履

A轴化成

C切主生首然（图

形优

.3.

成12择

料.

材8

-L/IHMawsuguePUBCD3U3OSS/B/&BWJoooqos旌

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

-

L

/

I

H

M

a

U

E

a

a

u

g

u

a

p

u

®

a

o

u

o

o

s

S

/

B

/

&

B

W

j

o

o

o

q

o

s

匕

m».•,

页码：21

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8.1.4其他工艺问题

C

6.加工工序的划分

.E1

」

<1)＞刀具集中分序法

<1U)

'5U)＞粗、精加工分序法

<1P)

R

®＞按加工部位分序法

8

O

U

8

O

S＞应尽量采用组合夹具

＞应考虑不妨碍各部位的加工、更换刀具以及重要部位的测量

s＞夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点所组成的三

J

o角形内

o

o

q＞加工一致性

o

s

协

J=L录返回页码：22

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L-

I/

MH

C

63.对刀点与换刀点的确定

U

M

8

8二对刀：确定工件在机床上的位即亦即工件坐标系与机

6.E床坐标系的位置关系。

U

8

p选择原则：便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位

u

e

a置、容易找正、加工过程中便于检查、引起的加工误差小。

o

u

a4.编程其控制差

o

s

＞几何建模误差

＞舍入误差

。J

o

o

q

o

s

酸

ft录返回页码：23

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

8.2.1二坐标数控加工刀具轨迹生成

6

U

M

8概述

81.

U

-

6AS标数控加工对象分疼

U

8

p》刀具长度补偿

u

e

a

o»二坐标数控加工刀具半径补偿

u

a

o

s

S

/

B2.外形轮廓铳削加工刀具轨迹生成

/

&

B

W3.二维型腔数控加工刀具轨迹生成

。J

o

o

q

o

s

废

且录返回页码：24

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

L-

I/

MH

6

U二坐标数控加工对象分类

M

8

8二外形轮廓：分为内轮廓和外轮廓，其刀具中心轨迹为外形

6.E

U出巨线（图8.6）。

8

p

u二维型腔：分为简单型腔和带岛型腔，其数控加工分为环

e

a

o切和行切两种切削加工方式（图区7）o

u

a

o翥L：包括朝螺纹宾布芍

s

S

-三刻字加工:按设计要求输出采用雕刻刀雕刻加工

B

H

2

B所设计的字符，其刀具轨迹一般就是字符轮廓轨迹。

S

。J

o

qo

so

酸

且录返回页码：25

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

m

H

M

&

U

M

(D

aU)

B外形轮廓

U

a)

q4)

u

刀具轨迹

Qo)

s

s

/

BI____I

/

a

e

n

J

o

o外轮廓加工内轮廓加工

o(a)(b)

q

o

s图8.6外形轮廓及其数控加工刀具中心轨迹

页码：26

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m

H

M

a

£起始点型腔边界

S

U

B

U

a>

up

e

a

o

c

o

o

s

/s起始点

/B

QK

BJ

n(a)行切加工刀具轨迹(b)环切加工刀具轨迹

。J

o

o图8.7二维型腔数控加工刀具轨迹

oq

s

八

页码：27

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m

H

M

&

U刀具长度补偿

M

(D

aU)刀具长度补偿可由操作者通过手动数据输入方式实现，

B

U也可户触一是

Ia)

U

B尊补给才者则用月三由目三夹片费n聿忐深度

q4)

u等的变化而需要对切削深度用刀具长度补偿的情况。

Qo)

s

s在现代^^进行为受桧度科偿。

/

B

/

a二程序命由刀基长度补偿指令G43和G44实现，如图

e

n

J8.8所小o

o

o

o

q

o

s

ft录返回页码：28

9

术2

技：

码

造页

制

助

辅偿

机补

算负

计)

章(b

八偿

第补

度

长

具

刀

.8

8

础图

基

M

A偿

/C补

E正

A)

/Ca

D(

A

C

形

成

料

材

1DHMausuofuapu®sss^s/B/KQJBnJoooqos酸

0

的一补茎3

术：

技定在径码

页

造指放半

制廓存具

助轮径刀

辅件根半现

机具实

算零

工刀统

计，

章加系

八待偿控

第向补数

偿径

补迹床

轨半机

径具

方偿偿

半刀“回

中补补返

具具现中

实径径

刀刀2器半半

础4存

基将G具尖

M偿寄

A或刀刀

/C补1偿工工

E4

A径G补加加

/C半用径削削

D

A具移采铳车

C刀咻廓AA

形轮

成a

料形

材—二

5HMCWSUBUa)IUBaocoosS75一」Joooqos

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

/J

HI铳削加工刀具半径补偿

M

61.铳削加工刀且半径补偿

「铳削加工刀W半径补偿分为刀具半径左补偿（用G41定义）和

.sE

u

g刀具半径右补偿（用G42定义），使用非零的Dnn代码选择正确的

u

a刀具半径偏置寄存器（图g2）o

up2.刀具半径补偿执行过程

e

8

O»刀具半径补偿的建立。刀具由起刀点以进给速度接近工件，

U

3

O刀具半径补偿偏置方向由G41（左补偿）或G42（右补偿）确定，

S

如图8.10所示。

A刀具半径补偿的进行。一旦建立了刀具半径补偿状态，则一

直维持该状态，直到取消刀具半径补偿为止。

。JA刀具半径补偿的取消。刀具撤离工件，回到退刀点，取消刀

o

qo—Hrh杜#』I.

so

酸

页码：31

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

m

H

M

a

U

E

a

a

u

ag

u

a

P

R

®

8

O

U

3

,O

S

s

/

B

/

,」

Ja)

B

n

J刀具半径左补偿(刀具半径右补偿

。(a)b)

o

o

q图8.9刀具半径补偿一

o

s

7

».1。

页码：32

3

术3

技：

码

造页

制

助

辅

机

算

计

章偿

八补

第径

半

具

刀

立

建

0

1

础.

基8

M|

A图

/C)

E0

-1

A0,

/C-1

D(

A

C

形

成

料

材

cwsuguaIUBaocooss/B/KQJBnJ。ooqos旌

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

车削加工刀尖半径补偿

a

W

S当使用车刀切削加工锥面时，须将假设的刀尖点的路径作适

U

B当的修正，使之切削加工出来的工件能获得正确尺寸，这种修正

U

up。方法称为刀尖半径补偿，如图8.11所示。

8e与铳削加工刀具半径补偿一样，车削加工刀尖半径补偿也分

UO

O3为左补偿（G41指令）和右补偿（用G42指令）。与二维铳削加工方法

S一样，采用刀尖半径补偿时，刀具运动轨迹指的不是刀尖，而是

刀尖上刀刃圆弧的中心位置，这在程序原点设置时就需要考虑。

二维刀具半径补偿仅在指定的二维走刀平面内进行，走刀平

J

。面由（丫平面）、（平面）和（平面）指定，刀具半

o617£G18FZG19Z-X

qo径或刀刃半径值通过调用相应的刀具半径偏置寄存器取得。一

so

酸

FL录返回页码：34

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

i

n

H

M

C

u6

8*

u8

ug

a>

UI

B

a

o

c

o

o

s

S

/

B

/

&

B

W

。J

o

oq

s图8.11车削加工刀尖半径补偿

旌

页码：35

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

K

^

J

S数控加工编程参数

a

U

E二对于二维轮廓零件的编程［最基本的编程参数包

a

auf拈:I

g

uA加L鬓善

p。

u

®妻

a

o

c

Q

o

s金喜

s

/

B

/»进刀、退刀线

a

w

。J

o

o

q

o

s

3

一

J=L录返回页码：36

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

2.外形轮廓铳削加工刀具轨迹生成

a

U

E卜形轮廓铳削数控加工的刀具轨迹是刀具沿着预先定义

a

a

u

g二好e0牛外形轮廓运动而生成的刀具路彳^31形轮廓通常汇

u_三^靴』隹田武*通加工7^^^情

paf

u

®三触需T八

a

o

u

a=＞二维轮廓加工的刀具与走刀路线选择三

o

s

s»＞外形轮廓的串联和有序化

/

B

/＞定义进刀、退刀线

a

e

n＞刀具轨迹基本参数的定义

。J

o

oq

s

旌

-B＞返回页码：37

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

1

n

H二维轮廓加工的刀具与走刀路线选择

M

a

U

E(1)刀具的选择

a

a

u铳削平面零件的周边轮廓一般采用立铳刀。刀具的尺寸一

g

u

a

U'A刀具半径火小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径；

e

a»刀具与零件的接触长度比凡

o(1/4〜1/6)

u

o走刀路线的选择

o(2)

s

s确定走刀路线的一般原则是：

B/

」/»保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；

Ja)»缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间；

nB

J»方便数值计算，减少编程工作量；

o

o

o»尽量减少程序段数。

q

o

s铳切外圆可采取的走刀路线(图312)

且录返回页码：38

m材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

H

M

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u

u

(D

au)

g

u

l<D

u

B

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cB

aJ)

B

n

J

o

o切出时多走过的距离

o

q

o

s图8.12铳削外圆走刀路线

展

页码：39

0

术4

连：

技证构码

造是保结页

制线来据

助曲

序数线

辅廓

程的曲

机轮工定条

算形

加一一

计化外用下

章控-

求须-

八序数-

要-

第有用必-

，则-

和工接，

联加直程线

是

串控编

数时回

的控曲返

廓的程构

廓编数

础轮结联

轮工助

基形据串

M形手辅-

A数-化

外外机-L录

/C在的-序J=

E维-

A这算线有

/C二配计曲线的

D曲

A于序用序线

C对条

有采有一曲

形和段段

成而上

料续^分分

材二二＞＞

-L/IHMaUE①pi/Baouaoss/B/aenJ。ooqosm

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

a定义进刀、退刀线

u

-进刀/退刀线社设置的目的是为了防止过切、碰撞和形成飞

S

U

B边。图8.14所示为MasterCAM系统使用的3个参数指定进入和退

U

e出一个切削操作的刀具轨迹示意图。

p

eu

oa

au

so

S

/

.KS

9

B

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o

o

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s

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J=L录返回页码：41

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

m

H

M刀具轨迹基本参数的定义

&

U最简单的粗精加工刀具轨迹生成方法可通过刀具半径补

M

(D偿途径来实现，即在采用同一刀具的情况下，通过改变刀具

aU)

B半径补偿控制寄存器中的刀具半径值的方式进行粗精加工刀

U

a)具轨迹规划。

q4)

u

Qo)

s粗加工r1

s

/

B

/

a

e

n精加工

JLJ

o

o

o

q

o

s图8.15粗精加工刀具轨迹规划

粗加工次数=2,粗加工步进距离=0.25

精加工次数=2,精加工步进距离=0.05

ft录返回页码：42

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

3.二维型腔数控加工刀具轨迹生成

6(1)二维型腔加工的一般过程

.sE沿轮廓边界留出精加工余量，先用平底端铳刀用环切或行

u

g切法走刀，铳去型腔的多余材料，后沿型腔底面和轮廓走刀，

u

a精铳型腔底面和边界外形。

up

e(2)二维型腔加工方法

8

O

U型腔加工包括型腔区域加工与轮廓加工，一般采用立铳刀

3

O

S或环形刀进行加工。型腔的切削分两步：切内腔和切轮廓。切

s

_轮廓又分为粗加工图8.16和精加工。切削内腔区域时，环切和

.s

」

£行切走刀路线应用最广(图8.17)。

e

Jw＞行切法加工刀具轨迹生成

o＞环切法加工刀具轨迹生成V|

qo

so

m页码：43

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

1

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q图8.16型腔轮廓粗加工

o

s

展

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材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

1

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o(a)行切(b)环切

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酸

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术

l

O

H

M

c行切法加工刀具轨迹生成

w

s

u・平面型腔边界（含岛屿的边界）轮廓的串联和有序化，生成

g

u小触粒

pa)

u・边界（含岛屿的边界）轮廓等距线的生成。该等距线距离边

e

的距离为精加至含垃若装半径之和；一

aof

u•行切加工各行刀具轨迹计算；

aof

s

s•刀具轨迹线段事哙雌诙

TKS立沿型腔和岛屿的等距线运动，生成最后一条刀具轨迹。

g

e

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。J

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oq

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ft录返回页码：46

材料成形CAD/CAE/CAM基础第八章计算机辅助制造技术