数控机床自动编程.

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1、第四章 自动编程 1、APT为代表的语言自动编程（ Automatical Programmed Tools) 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、CATIA CIMATRON Mastercam、Surfcam CAXA-ME、金银花系统 4.1自动编程概述 CADCAM编程过程 不管采用什么CADCAM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

2、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 Manufacturing Initialize 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/Post Postprocess Verify Toolpath 1、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，

3、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-Zag Zig Zig With Contour Follow Periphery Follow Part Trochoidal Profile Standard Drive 3、两坐标联动走刀基本方式 Zig-Zag 3、两坐标联动走刀基本方式 单向zig 3、两坐标联动走刀基本方式 单向带轮廓（Zig With Counter） 3、两坐标联动走刀基本方式 跟随周边（Fo

4、llow Periphery） 3、两坐标联动走刀基本方式 跟随工件（Follow Part ） 3、两坐标联动走刀基本方式 跟随工件（Follow Part） 跟随周边（Follow Periphery） 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 Standard Drive 3、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。

5、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

6、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)

7、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

8、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（Planar Mill）和型腔铣（Cavity Mill） 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（Part Boundary） Part Boundary 指定加工量 毛坯边界（Blank Boundary） Part and Blank Boundaries共同决定切削量 检查边界（Check Boundary） Check

9、Boundary 指定夹具几何 修剪边界（Trim Boundary） 修剪边界（Trim Boundary）裁掉了Trim Boundary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、

10、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（cut

11、ting contact point） 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（cutting contact curve） 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

12、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（cutter location data，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

13、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（ CLData file）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 typedef struct Ppoint3PASTLC;/*刀心 Vvector3PASTLA;/*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：typedef struct doublex;/*点的x坐标 doubley; /*点的y坐标 doublez; /*点的z坐标 Ppoint3;

14、typedef struct doublex;/*矢量在x轴上的投影分量 doubley; /*矢量在y轴上的投影分量 doublez; /*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（out tolerance）和过切容差（inner tolerance）等。 （6）刀具偏置（tool offset） 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

15、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P0 2）在P0点处摆刀

16、。 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 coscos，cossin，sin 当=0时代表球面上的经线， 当=0时代表球面上的纬线， 不同的00就对应不同的经纬线，构成 地球仪上的经纬线网。 截平面法