1、二、二、CAD/CAMCAD/CAM集成数控编程系统的原理与应用集成数控编程系统的原理与应用1.CAD/CAM1.CAD/CAM集成数控编程系统的原理集成数控编程系统的原理 CAD/CAMCAD/CAM集成数控编程是以待加工零件集成数控编程是以待加工零件CADCAD模型为模型为基础的一种集加工工艺规划基础的一种集加工工艺规划(Process Planning)(Process Planning)及数控编程为一体的自动编程方法及数控编程为一体的自动编程方法,适用于数控编适用于数控编程的方法主要有表面模型程的方法主要有表面模型(surface model)(surface model)和实体和实体
2、模型模型(solid model)(solid model)基于表面模型的数控编程系统一般仅用于数控编基于表面模型的数控编程系统一般仅用于数控编程程,典型的软件系统有典型的软件系统有MasterCAMMasterCAM、SurfCAMSurfCAM等等 基于实体模型的数控编程系统则不同，其实体模基于实体模型的数控编程系统则不同，其实体模型一般都不是专为数控编程服务型一般都不是专为数控编程服务 ,为了用于数控为了用于数控编程往往需要对实体模型进行可加工性分析，识编程往往需要对实体模型进行可加工性分析，识别加工特征别加工特征(Machining Feature)(Machining Feature
3、)(加工表面或加加工表面或加工区域工区域)，并对加工特征进行加工工艺规划，并对加工特征进行加工工艺规划 2.CAD/CAM2.CAD/CAM集成数控编程系统的组成集成数控编程系统的组成 CAD/CAM CAD/CAM集成数控编程系集成数控编程系统的组成统的组成3.CAD/CAM3.CAD/CAM集成数控编程系统的应用集成数控编程系统的应用l熟悉系统的功能与使用方法熟悉系统的功能与使用方法 l零件图及加工工艺分析零件图及加工工艺分析 l几何造型几何造型:利用计算机辅助编程软件的图形绘制、利用计算机辅助编程软件的图形绘制、编辑修改、曲线曲面造型等有关指令将零件被加编辑修改、曲线曲面造型等有关指令将
4、零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上，工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上，同时，在计算机内自动形成零件的图形数据文件，同时，在计算机内自动形成零件的图形数据文件，作为下一步刀位轨迹计算的依据作为下一步刀位轨迹计算的依据 l刀具轨迹生成刀具轨迹生成:刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形交互进行的交互进行的 l刀具轨迹验证刀具轨迹验证 l后置处理后置处理 :后置处理的目的是形成数控指令文件后置处理的目的是形成数控指令文件 第二节第二节 计算机辅助数控编程的几何造型计算机辅助数控编程的几何造型一、数控加工编程的曲线曲面几何基础一、数控加工编程的曲线曲面几何基
5、础从数学的角度来考虑，数控加工及数控编程从数学的角度来考虑，数控加工及数控编程理论实质上是曲线曲面几何学在机械制造业理论实质上是曲线曲面几何学在机械制造业中的应用中的应用现代数控加工理论涉及到的曲线曲面几何基现代数控加工理论涉及到的曲线曲面几何基础包括：曲线、曲面的参数描述；曲线、曲础包括：曲线、曲面的参数描述；曲线、曲面的几何形态分析面的几何形态分析-微分几何学基础；曲线、微分几何学基础；曲线、曲面的几何处理，包括求交、等距、投影等曲面的几何处理，包括求交、等距、投影等 二、几何造型二、几何造型1.1.二维几何图形的造型二维几何图形的造型点位加工图形的生成点位加工图形的生成 直线圆弧轮廓图形
6、的生成直线圆弧轮廓图形的生成列表曲线的造型列表曲线的造型 常用非圆平面曲线的造型常用非圆平面曲线的造型2.2.三维几何造型三维几何造型 三维几何造型系统三维几何造型系统 v常用的三维几何造型系统常用的三维几何造型系统 三维几何造型系统的类型三维几何造型系统的类型a)a)线框模型线框模型 b)b)表面模型表面模型 c)c)实体模型实体模型曲面的造型曲面的造型 曲面造型较为复杂，在具体的计算机辅助编曲面造型较为复杂，在具体的计算机辅助编程软件中程软件中常用的技术常用的技术有：有：截面线造型法截面线造型法 回转曲面造型法回转曲面造型法 型值点造型法型值点造型法 边界线造型法边界线造型法 扫描曲面造型
7、法扫描曲面造型法 第三节第三节 数控加工刀具轨迹的生成数控加工刀具轨迹的生成一、二坐标数控加工刀具轨迹生成一、二坐标数控加工刀具轨迹生成 二维轮廓的加工在数控加工中最为常见，二维轮廓的加工在数控加工中最为常见，不仅一般的二维轮廓零件有计算机辅助编程不仅一般的二维轮廓零件有计算机辅助编程的需求，一些具有三维复杂曲面的零件往往的需求，一些具有三维复杂曲面的零件往往也需要采用计算机辅助编程来加工其中的某也需要采用计算机辅助编程来加工其中的某些二维轮廓些二维轮廓 二维轮廓加工中刀具轨迹的生成通常有三种二维轮廓加工中刀具轨迹的生成通常有三种情况情况:1.1.点位加工刀具轨迹的生成点位加工刀具轨迹的生成
8、2.2.外形轮廓加工刀具轨迹的生成外形轮廓加工刀具轨迹的生成3.3.型腔数控加工刀具轨迹的生成型腔数控加工刀具轨迹的生成 二、多坐标数控加工刀具轨迹生成二、多坐标数控加工刀具轨迹生成可以实现多坐标点位，空间曲线、曲面等多可以实现多坐标点位，空间曲线、曲面等多种加工种加工 1.1.多坐标点位数控加工刀具轨迹计算多坐标点位数控加工刀具轨迹计算 多坐标点位加工刀具轨多坐标点位加工刀具轨迹示意图迹示意图2.2.曲面加工的刀具轨迹生成方法曲面加工的刀具轨迹生成方法 曲面加工刀具轨迹计算过程为：给定一张或多张待曲面加工刀具轨迹计算过程为：给定一张或多张待加工曲面，按导动规则约束生成刀具与被加工零件加工曲面
9、，按导动规则约束生成刀具与被加工零件曲面的切触点曲线，由此切触点曲线按某种刀具偏曲面的切触点曲线，由此切触点曲线按某种刀具偏置计算方法生成刀具轨迹曲线置计算方法生成刀具轨迹曲线切触点曲线的生成方法切触点曲线的生成方法参数线法参数线法:特点是切削行沿曲面的参数线分布特点是切削行沿曲面的参数线分布,适用适用于网格比较规整的参数曲面的加工于网格比较规整的参数曲面的加工 截面线法截面线法:用一组截面去截取加工表面，截得一系用一组截面去截取加工表面，截得一系列交线。刀具与加工表面的切触点就沿这些交线运列交线。刀具与加工表面的切触点就沿这些交线运动，完成曲面的加工动，完成曲面的加工三坐标球形刀多面体曲面加
10、工方法三坐标球形刀多面体曲面加工方法 3.3.曲面交线加工刀具轨迹生成曲面交线加工刀具轨迹生成曲面交线加工的典型情况是，刀具沿零件面和导动曲面交线加工的典型情况是，刀具沿零件面和导动面的交线，以一定的步长控制方式走到检查面面的交线，以一定的步长控制方式走到检查面 在三坐标数控加工中，曲面交线加工时刀具轴线不在三坐标数控加工中，曲面交线加工时刀具轴线不受其它临界线或边界约束面的影响。但对多坐标受其它临界线或边界约束面的影响。但对多坐标(主要指五坐标主要指五坐标)数控加工来说，曲面交线加工中数控加工来说，曲面交线加工中除了上述三个控制面外，还可能有其它临界线或边除了上述三个控制面外，还可能有其它临
11、界线或边界约束面的约束界约束面的约束 l曲面交线三坐标数控加工处理过程曲面交线三坐标数控加工处理过程 l曲面交线五坐标数控加工处理过程曲面交线五坐标数控加工处理过程4.4.曲面间过渡区域加工刀具轨迹生成曲面间过渡区域加工刀具轨迹生成 曲面间过渡区域加工是一种较为独特的区域曲面间过渡区域加工是一种较为独特的区域加工方法，通常采用截平面法进行加工，亦加工方法，通常采用截平面法进行加工，亦可定义为过渡曲面后，再用参数线法进行加可定义为过渡曲面后，再用参数线法进行加工工.两曲面之间要求有过渡曲面，一方面是出两曲面之间要求有过渡曲面，一方面是出于造型设计要求，另一方面来自加工工艺的于造型设计要求，另一方
12、面来自加工工艺的要求要求 半径递减法加工过渡区域半径递减法加工过渡区域5.5.裁剪曲面加工刀具轨迹生成裁剪曲面加工刀具轨迹生成曲面的裁剪通常分为两种情况：孔边界裁剪和岛屿曲面的裁剪通常分为两种情况：孔边界裁剪和岛屿边界裁剪边界裁剪 裁剪曲面的加工区域裁剪曲面的加工区域6.6.曲面型腔加工刀具轨迹生成曲面型腔加工刀具轨迹生成曲面型腔归纳起来有两大类：普通曲面型腔曲面型腔归纳起来有两大类：普通曲面型腔和带岛曲面型腔和带岛曲面型腔 l曲面型腔粗加工曲面型腔粗加工l曲面型腔精加工曲面型腔精加工7.7.叶轮通道加工刀具轨迹生成叶轮通道加工刀具轨迹生成 叶轮气流通道的开槽加工叶轮气流通道的开槽加工8.8.
13、多坐标加工刀位计算原理多坐标加工刀位计算原理 (1)(1)多坐标端铣多坐标端铣:加工所选用的刀具包括球形刀、环形加工所选用的刀具包括球形刀、环形刀和端铣刀，前者可用于三坐标、四坐标及五坐刀和端铣刀，前者可用于三坐标、四坐标及五坐标的加工，后两者只适用于五坐标数控加工标的加工，后两者只适用于五坐标数控加工球形刀与加工表面的关系球形刀与加工表面的关系:a:a 三坐标加工三坐标加工 b b 三坐标加工三坐标加工(刀尖接触刀尖接触)c)c 五坐标加工五坐标加工 环形刀端铣数控加工基本原理环形刀端铣数控加工基本原理l图中图中R R为环形刀的刀具半径，为环形刀的刀具半径，R1R1为环形刀的刀刃半为环形刀的
14、刀刃半径，径，Re=RR1(1-sin)Re=RR1(1-sin)为环形刀端铣加工的为环形刀端铣加工的有效切削刀具半径。有效切削刀具半径。(2)(2)多坐标侧铣数控加工原理多坐标侧铣数控加工原理 侧铣加工就是利用回转刀具侧铣加工就是利用回转刀具(棒铣刀棒铣刀)的侧刃切削零的侧刃切削零件加工表面，所用的棒铣刀可为平底件加工表面，所用的棒铣刀可为平底(圆柱形或锥圆柱形或锥形形)、环形及球形、环形及球形鼓形刀与加工表面的微分几何拟合关系鼓形刀与加工表面的微分几何拟合关系 第四节第四节 刀具轨迹编辑与验证刀具轨迹编辑与验证一、刀具轨迹编辑一、刀具轨迹编辑 刀具轨迹编辑系统刀具轨迹编辑系统除了具有一般编
15、辑器的图形显示、除了具有一般编辑器的图形显示、删除、复制、粘贴、插入、加载及存储等功能外，删除、复制、粘贴、插入、加载及存储等功能外，还有以下几个主要的刀具轨迹编辑功能：还有以下几个主要的刀具轨迹编辑功能：修剪修剪(TRIM)(TRIM)几何变换几何变换 转置处理转置处理 反向处理反向处理 刀位点的匀化处理刀位点的匀化处理 编排处理编排处理 二、刀具轨迹验证二、刀具轨迹验证1.1.显示法验证显示法验证刀具轨迹显示验证刀具轨迹显示验证 加工表面与刀具轨迹的组合显示验证加工表面与刀具轨迹的组合显示验证 组合模拟显示验证组合模拟显示验证2.2.截面法验证截面法验证 横截面验证横截面验证 纵截面验证纵
16、截面验证 曲截面验证曲截面验证 3.3.加工过程动态仿真验证加工过程动态仿真验证第五节第五节 后置处理后置处理一、概述一、概述 将刀位文件转换成指定的数控机床能执行的数控程将刀位文件转换成指定的数控机床能执行的数控程序，这一过程称为后置处理序，这一过程称为后置处理 二、通用后置处理系统原理与实现途径二、通用后置处理系统原理与实现途径通用后置处理系统原理通用后置处理系统原理 通用后置处理系统的输入是标准格式的刀位文件和通用后置处理系统的输入是标准格式的刀位文件和数控系统数据文件或机床数据文件，而它的输出是数控系统数据文件或机床数据文件，而它的输出是按所选用机床数控系统需要的指令集及以正确格式按所选用机床数控系统需要的指令集及以正确格式书写的数控程序书写的数控程序
