（机械工程专业论文）基于潜望镜侧罩mastercam后置处理技术研究与加工.pdf

摘要 摘要 侧罩是潜望镜外壳体上较为重要的零件，该零件安装在潜望镜主壳体的两侧 凸台上。其主要作用为保护壳体内的机械部件及光学元件和抵抗外界光线的干扰， 从而提高潜望镜探测的明析度。该产品九江职业技术学院与中船7 1 7 研究所校企 合作项目，该项目既缓解研究所的生产压力，也提高了学校设备利用率和学生实 践操作能力，实现零距离上岗要求。但学校“多机床、多系统”状况制约了产品 的生产，本文通过m a s t e r c a m 的后置处理技术研究和开发，分别开发适合不 同系统、不同机床的专用后置处理器。本文基于潜望镜侧罩的特点，研究了凹、 凸形曲面的加工方式，得出了高效、优质、省时的曲面加工方法。 后置处理技术是数控加工编程技术的关键技术之一，是c a d c a m 系统与 机械制造连接的纽带，它直接影响自动编程软件的使用效果和零件的加工质量、 效率以及机床的可靠运行。本文介绍了后置处理技术的内容、结构与功能，设 计方法，结合不同数控系统开发了专用的后置处理程序。 本文研究、分析了m a s t e r c a m 系统的刀位原文件格式，总结了 f a n u c o i m c 、s 小u m e r i k 8 1 0 d 、h n c 2 2 m 系统基本指令代码的特点，详细 分析了s i n u m e r j k 8 1 0 d 系统和f a n u c 0 i m c 系统在孔加工固定循环上的异 同；剖析了m a s t e r c a m 系统的刀位原文件结构，研究了m a s t e r c a m 后置处理 系统的机床特性文件的设计和定制方法。本文指出，通用后置处理系统是 m a s t e r c a m 系统的发展方向，但基于工程实际应用的需要，对广泛使用的 m a s t e r c a m 软件进行后置处理研究与开发是必要的。 基于m a s t e r c a m 通用后置处理系统，应用数控代码导向技术，通过修改其 数据库模型，较好地开发配置s 小u m e k 8 l o d 、f a n u c 0 i m c 、h n c 2 2 m 数 控系统的加工中心( 或铣床) 的专用后置处理程序，并重点解决了s i n u m e r i k 8 1 0 d 系统处理孔加工固定循环的难题，并成功应用于实际加工。通过实践验证， 本系统能够直接处理轮廓、内槽、孔系、曲线及曲面的刀具路径文件，不需人 工再做二次处理。 关键词：数控加工技术数控系统m a s t c r c a m 刀位文件后置处理 曲面加工程序传输 a b s t r a c t a b s t r a c t s i d ep e r i s c o p es h e l lc o v e ri sm o r ei m p o r t a n tb o d yp a r t s ，t h ep a r t si n s t a l l e di nt h e p e r i s c o p ec o n v e xo nb o t hs i d e so ft h em a i ns h e l lo f t h ep l a t f o r m am a j o rr o l ei ni t s s h e l lt op r o t e c tt h em e c h a n i c a lc o m p o n e n t sa n do p t i c a lc o m p o n e n t sa n dt o r e s i s t i n t e r f e r e n c ef r o mo u t s i d el i g h t ，t h e r e b ye n h a n c i n gt h ep e r i s c o p ed e t e c t i o na n a l y s i so f t h ep r e s c r i b e dd e g r e e s t h ej i u ji a n gv o c a t i o n a la n dt e c h n i c a lc o l l e g ea n dr e s e a r c h i n s t i t u t eo fc h i n as h i p b u i l d i n g717s c h o o l e n t e r p r i s ec o o p e r a t i o np r o j e c t s ，t h ep r o j e c t i st oa l l e v i a t et h ep r e s s u r eo ft h ei n s t i t u t eo fp r o d u c t i o na n dc a p a c i t yu t i l i z a t i o nt o i m p r o v et h es c h o o l sa n ds t u d e n t s t h ea b i l i t yt o o p e r a t ei np r a c t i c e ，t oa c h i e v e z e r o d i s t a n c ej o br e q u i r e m e n t s h o w e v e r ，t h es c h o o l ”m u l t i - t o o l ，m u l t i - s y s t e m ”s t a t e o ft h e p r o d u c t i o nc o n s t r a i n t s ，t h i s a r t i c l et h r o u g ht h e p o s t p r o c e s s i n g o f m a s t e r c a mt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ，w e r ed e v e l o p e df o rd i f f e r e n t s y s t e m s ，d i f f e r e n tp o s t - p r o c e s s o rm a c h i n e p o s t p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi s c n cm a c h i n i n gp r o g r a m m i n go n eo ft h ek e y t e c h n o l o g i e si st h ec a d c a ms y s t e ma n dt h em a c h i n e r y m a n u f a c t u r e r st oc o n n e c t t h el i n k ，i th a sad i r e c ti m p a c to nt h eu s eo fa u t o m a t i cp r o g r a m m i n gs o f t w a r ea n dt h e e f f e c to fm a c h i n i n gq u a l i t y , e f f i c i e n c ya n dr e l i a b l em a c h i n er u n i nt h i sp a p e r , p o s t - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，c o n t e n t ，s t r u c t u r e a n df u n c t i o n ，i nt h i sp a p e r , p o s t - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , c o n t e n t ，s t r u c t u r ea n df u n c t i o n ，d e s i g nm e t h o d s ， c o m b i n e dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fd i f f e r e n tn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mo ft h e d e d i c a t e dp o s t - p r o c e s s i n gp r o c e d u r e s i nt h i sp a p e r , c o m p a r i s o no fc o m m o nc a d c a ms y s t e m ，t h eo r i g i n a lk n i f e b i t f i l ef o r m a t ，s u m m e du pt h ef a n u c o i m c ，s i n u m e r i k810 d ，h n c 2 2 ms y s t e m f e a t u r e sb a s i ci n s t r u c t i o nc o d e ，ad e t a i l e da n a l y s i so ft h es i n u m e r i k810 ds y s t e m s a n df a n u c 0 - m cs y s t e mi nt h eh o l ef i x e dp r o c e s s i n gc y c l eo nt h es i m i l a r i t i e sa n d d i f f e r e n c e s ；m a s t e r c a ms y s t e ma n a l y z e st h eo r i g i n a lf i l es t r u c t u r et o o lt os t u d yt h e p o s t p r o c e s s i n gs y s t e mm a s t e r c a mt h em a c h i n ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h ed o c u m e n t d e s i g na n dc u s t o mm e t h o d s t h i sa r t i c l ep o i n t e do u t t h a tt h eg e n e r a lp o s t - p r o c e s s i n g s y s t e mi sac a d c a ms y s t e m s ，b u tt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fp r o j e c tb a s e d o nt h e i i a b s t r a c t n e e d so ft h ew i d e l y - u s e dc a ms o f t w a r er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fp o s t p r o c e s s i n g i sn e c e s s a r y m a s t e r c a mb a s e dp o s t - p r o c e s s i n gs y s t e mo fu n i v e r s a l ，a p p l i c a t i o n - o r i e n t e d d i g i t a l c o d et e c h n o l o g y , b ym o d i f y i n gi t sd a t a b a s em o d e l ，t od e v e l o pab e t t e r c o n f i g u r a t i o n o ft h es i n u m e r i k810 dc n cm a c h i n i n gc e n t e rd e d i c a t e d p o s t - p r o c e s s i n gp r o c e d u r e s ，t os o l v et h es y s t e mo ff i x e dh o l ep r o c e s s i n gc y c l e p r o b l e m s ，a n ds u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ea c t u a lp r o c e s s i n g t h r o u g hp r a c t i c e ，t h e s y s t e mc a l ld e a ld i r e c t l yw i t ht h ep r o f i l e ，w i t hs l o t s ，h o l e s ，c u r v e sa n ds u r f a c e so ft h e t o o lp a t hf i l e ，w i t h o u tm a n u a lp r o c e s s i n go f s e c o n d a r ya g a i n k e y w o r d s ：c n cm a c h i n i n gc n cm a s t e r c a mt e c h n i c a ld o c u m e n t ss u r f a c e m a c h i n i n g t o o lp o s t - p r o c e s s i n g p r o c e d u r e sf o rt r a n s m i s s i o n i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：( 手写) ：j f ，匀携孚签字日期：j 叩年7 月力p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解一南昌大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 鸦老擎平 签字日期：加产7 懈9 日 聊签名仇 导师签名：讧墨谚 口。一 签字日期：矽年7 月弓c ) 日 | 第1 章绪论 第1 章绪论 在航空、能源、汽车、造船、国防、生活制品等各行业普遍存在复杂的零 件。其表面形状复杂、材料、精度要求高，在整个部件生产过程中其加工质量 和加工效率的高低举足轻重。本论文结合中船重工7 1 7 研究所潜望镜侧罩加工 生产实例进行基于m a s t e r c a m 数控加工技术研究，探求该零件优质、省时、高效 加工方案。 1 1 研究的目的和意义 1 数控编程常用方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指人工来 完成从分析零件图样、制订工艺规程、计算点的坐标值、编写零件加工程序、 程序的校核等数控机床程序编制各个阶段的工作。对于几何形状不太复杂的零 件，通过利用一般的计算工具和数学计算方法，人工进行加工路线的轨迹和坐 标值计算，并进行程序编制，采用手工编程经济实用可行。但是手工编程主要 存在以下四个问题：( 1 ) 对于外形较复杂，坐标点的计算难度较大的零件，手工 编程效率比较低，严重影响数控机床开动率而成为制约数控加工生产效率的“瓶 颈 。据统计，采用手工编程，一个零件的编程时间与机床的加工时间之比，平 均约为3 0 ：l ，而对于复杂零件，这个比例更高。数控机床不能开动的原因中有 2 0 - - 一3 0 是由于加工程序一时编制不出来而造成的；( 2 ) 由于手工计算点的坐标 值必然带来较大的计算误差而使编程精度不高，无法满足高精度的加工要求。 随着加工精度由微米级向纳米级提升，手工编程更加难以适应的；( 3 ) 手工编程 造成价格较高的数控设备无法充分发挥其先进的技术性能。由于手工编程技术 的制约，数控设备无法进行四轴或四轴以上联动加工，只能作两轴、两轴半或 三轴联动加工，人为地浪费了数控设备技术先进性；( 4 ) 对于规则的简单曲面可 以通过宏程序手工编程实现但对于复杂的曲面和外形，手工编程根本无法实现。 由于手工编程存在许多技术不足，而自动编程是利用计算机及专用的自动编程 软件来完成程序编制各阶段工作，因此自动编程代表了数控编程技术的应用方 向，采用自动编程技术是数控编程的必然选择。潜望镜侧罩在该项目以前采用 手工编程，虽然利用宏程序实现对曲面编程加工，但编程效率很低，手工计算 第1 章绪论 点的坐标值必然带来较大的计算误差而使编程精度不高，无法满足高精度的加 工要求，适应不了潜望镜日益变化的形状要求。这次该研究所与我院校企合作 开发，采用自动编程技术，大大提高了效率。 2 目前用于自动编程的c a d c a m 软件有m a s t e r c a m ，p r o e ，u g 等。 m a s t e r c a m 是由美国c n cs o f t w a r e 公司开发的c a d c a m 软件系统，它集二维 绘图、三维曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功 能于一身，对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、c n c 铣床、 c n c 车床等加工操作中，都能获得最佳效果，尤其其丰富的三维曲面造型设计、 数控加工编程的功能尤其适合航空航天、汽车、模具等行业。它的数控加工编 程功能轻便快捷，特别适合车间级和中、小型公司的生产与发展，目前，在国 内外得到了非常广泛的应用。在模具、航空航天等行业中，数控铣削加工中的 三轴联动切削应用最为广泛。m a s t e r c a m 9 1 系统提供了f a n u c ，m a h o ， h e i d e n h a n e ，c e n t u r y 6 x 等众多数控系统的三轴铣削编程后处理程序，但是由于数 控系统，机床型号不同，导致在程序起始控制、刀具说明、输出格式、程序传 输等方面各数控系统有所差异，为实现其程序的易管理性、减少手工的修改量 等方面的要求，使m a s t e r c a m 9 1 软件得到进一步推广应用，提高编程效率和程 序质量，缩短产品的制造周期，提高产品的市场竞争力，必须对m a s t e r c a m 9 1 的后处理程序进行二次开发。 3 数控加工复杂零件经常遇到曲面加工，大多数曲面都需要通过曲面加工 功能来完成。按照加工工艺要求，曲面加工通常分为曲面粗加工和曲面精加工， m a s t e r c a m 提供了这两种加工方法。提高曲面粗加工的速度和效率很重要， m a s t e r c a m 提供了多种先进的粗加工方法，以提高零件加工的效率和质量，力求 快速、高效切除工件的材料。当零件完成粗加工后，根据工艺要求再对零件进 行精加工，m a s t e r c a m 提供了丰富的曲面精j n - r 功能，精加工是零件加工的最后 一道工序，首先保证曲面的加工精度基础上再考虑提高加工效率。选择合适曲 面粗加工方式和曲面精加工方式既能保证曲面的加工精度，而且能提高零件的 加工效率，达到优质、省时、高效加工，对提高产品的市场竞争力无疑有着重 大意义。 我院响应高职人才培养方案，采取工学结合模式，积极与校外企业合作加 工一些零件。对于一些铣削零件如潜望镜侧罩，我院有配置华中世纪星h n c 2 2 m 的v m c 7 1 4 数控铣床、配置法那克公司的f a n u c s e r i e s o i - - m c 系统v m c 7 5 0 e 2 第1 章绪论 的加工中心、采用法那克公司的f a n u c s e r i e s o i - - m c 系统和西门子s i n u m e r i k 8 1 0 d 数控系统的t h 6 5 5 0 加工中心，而在m a s t e r c a m 9 1 内部找不到西门子的 s i n u m e r i k8 1 0 d 和华中世纪星h n c 2 2 m 数控系统相应的后置处理程序，即使 是f a n u c o i 数控系统因机床的不同由m a s t e r c a m 9 1 软件生成的n c 程序不能 直接应用，需要人工做大量的修改，既不方便又易出差错。因此必须根据数控 机床的结构、控制系统的编程原理和通信接口的要求，对m a s t e r c a m 默认的后 置处理程序m p f a n 进行必要的修改和重新设置，以满足数控加工的需要，发挥 软件c a m 模块的最佳效果；国产的数控系统一般在m a s t e r c a m 9 1 中没有对应 的木p s t 后处理文件。也必须对m a s t e r c a m 9 1 进行二次开发，开发出适合国产 数控系统的m a s t e r c a m 9 1 后置处理程序。本文研究的目的是基于m a s t e r c a m 9 1 的默认后置处理程序，结合华中世纪星h n c 2 2 m 数控铣床和配置 f a n u c o i 数控系统、s i n u m e r i k 8 1 0 d 数控系统加工中心的特点，提出开发专 用的后置处理程序的方法，使得m a s t e r c a m 9 1 生成的n c 程序能直接用于不同 数控系统各种机床加工生产。并通过曲面的加工方式研究，提供了优质、省时、 高效加工方法。 由上述分析可知，本课题的研究有很好的应用前景，且对其他高职院校参 与校企合作加工数控产品有参考借鉴作用，因此具有理论价值和实际意义。 1 2 国内外研究的现状 在我国由制造业大国向制造业强国迈进的过程中，技术创新在企业竞争中 的主导地位凸现，用信息技术改造制造业，特别是大力发展作为制造业技术支 撑与生存主体的数控技术成为关键，数控机床和数控系统的种类越来越多。但 只有少数数控系统有相应的能完全不需要修改的自动编程软件。m a s t e r c a m 9 1 没有华中数控及西门子数控系统的专用后置处理程序。目前，用m a s t e rc a m 9 1 为数控系统做自动编程时，一般仍采用自动编程后再经手工修改程序的方法， 有少量企业针对自己的数控机床编辑m a s t e r c a m 9 1 的后置处理程序，以满足企 业的要求。市场上更没有相应的软件，只有少量的研究文献，如基于 f a n u c o i m a 系统的m a s t e r c a m 9 0 后置处理程序的编辑等。开发专用后置处 理程序常用的方法有两种：用高级语言编制和对c a m 软件的已有后置处理程序 进行编辑。不仅如此，对于m a s t e r c a m 三维曲面的加工方式研究基本是一片空 3 第1 章绪论 白。 我国己确定了“以信息化带动工业化 的宏伟战略目标，迫切需要大量复 合型、高素质的数控编程加工应用型技能人才。而优秀高技能人才的培养，不 能没有与理论教学相配套的先进培训系统与设备的支持。目前主要有两种培养 途径：种是企业采取一定的措施自己对一线技工进行数控编程加工技能的短 期培训，因为时间短，培训不专业，因而效果不理想；另一种是各类职业技术 学校设置相关的数控专业进行培养。其中，学校培养占主体，企业起辅助作用。 高等职业教育需要及时为国民经济各行各业输送大量这种专业理论够用并且动 手能力强的技能型人才。以九江职业技术学院为例，它是江西省高等职业教育 的领头军，是全国1 0 0 所示范性建设高职院校( 江西省唯一一所) 、是现代制造 中心数控基地、国防科工委实训基地、中央与地方共建实验室，在全国也有很 大的影响力。其国家级数控加工培训基地拥有几十台套普通数控机床和加工中 心，配备的数控系统是f a n u c 、s i e m e n s 、广州数控、华中世纪星等众多国内 外知名品牌，安装了a u t o c a d 、c a x a 、m a s t e r c a m 9 1 等常用正版软件，具备 了计算机辅助设计与编程制造的能力。但由于没有专用后置处理器，对于复杂 零件加工，学生们只能在电脑屏幕上利用m a s t e r c a m 模拟仿真功能进行模拟切削 演示，无法在机床上进行实际加工。这是由于他们只能借助通用后置处理器生 成复杂曲面、实体的数控源程序，而这样产生的n c 文件格式与特定机床不会符 合，一般来说，复杂零件的n c 文件程序段数量庞大且理解难度大，导致经过学 生们人工修改费时长而且修改后的n c 文件很难正确无误，所以这样的文件一旦 传输给机床就因代码格式错误而造成机床报警，加工过程夭折，学生们无法得 到三维c a d c a m 技术从理论到实际加工无缝集成环节的系统实践性训练。这 种情况在其它学院也同样存在。因此，数控编程加工培训一线也同样急需配套 的专用后置处理器。 九江中国船舶总公司7 1 7 研究所与九江职业技术学院有着长期良好的合作 关系，本院数控实训基地与该所校企合作，加工潜望镜侧罩零件，有效缓解企 业数控设备，人员不足，也通过加工企业产品提高学生数控加工能力。本课题 以国家级数控加工培训基地拥有的采用法那克公司的f a n u c s e r i e s o i - - m c 系统 和西门子的s i n u m e r i k8 1 0 d 数控系统的中捷机床有限公司的t h 6 5 5 0 加工中 心、h n c 2 2 m 的v m c 7 1 4 数控铣床为对象，拟将三维c a d c a m 软件 m a s t e r c a m 9 1 开发设计的专用后置处理器，p c 、d n c 等集成为一体，使系统既 4 第l 章绪论 能用来进行手工编程操作加工还能进行三维c a d 造型设计及图形交互式自动编 程加工。通过本课题的研发并将其成果投入到数控加工生产、教学培训中，不 仅提高校办企业的生产效率，而且必定会扩大数控专业及相关专业学生的知识 面、提升他们的技术水平而深受学生欢迎，它符合本领域的技术发展潮流，将 使学生能更好地适应社会的需要，也必将增强他们的就业竞争力。 1 3 本课题主要研究内容 1 研究利用m a s t e r c a m 软件对复杂曲面零件加工的方法及步骤。针对九江 7 1 7 研究所潜望镜侧罩加工选用合理加工方式、加工刀具、切削用量，达到曲面 加工要求、耗时尽可能少、加工成本尽量低的效果。 2 研究m a s t e r c a m 凸、凹曲面的加工方法。 3 研究m a s t e r c a m 9 1 的数控系统默认后置处理器的内容与结构。 4 研究m a s t e r c a m 9 1 后置处理器的工作原理，以及根据外界输入的信息， 调用其内部数据库模型，生成专用后置处理器的方法。 5 开发特定机床对应的后置处理模块。保证m a s t e r c a m 生成的程序能直接 应用于数控机床配置的数控系统( f a n u c o i 、华中世纪星h n c 2 2 m 和 s i n u r j k 8 1 0 d 数控系统) ，并且顺利实现机床m a s t e r c a m 软件间的数据传输。 6 实际加工验证。 5 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 m a s t e r c a m9 1 具有强大的三维曲面加工能力，它具有八种曲面粗加工方式、 十种精加工方式。 曲面粗加工方式：平行铣肖l j ( p a r a l l e l ) 用于产生某一特定角度的且相互平行的 刀具路径来切削曲面，适合较平坦的曲面加工；放射状( r a d i a l ) 主要用于圆形曲面 零件加工，刀具路径以某点为中心呈放射状，产生圆周形放射状粗切削刀具路 径；投影力i i ( p r o j e c ) 将已经产牛的刀具路径或几何图形( 曲线、文字等) 投影 到要加工的曲面上来切削曲面，投影后的刀具路径只改变z 值坐标，x 和y 坐 标并未改变，常用于产品的装饰加工中；曲面流线( f l o w l i n e ) j t l 页着曲面流线方向 ( 切削或截断方向) 铣削，通过精确控制曲面的残留高度，得到精确而光滑的 加工表面，适合曲面流线非常明显的曲面加工；等高外形( c o n t o u r ) 利用一系列平 行于刀具平面的不同z 值深度的平面来剖切待加工面，然后对剖切后得到的曲 线进行二维加工，适合具有较大坡度的曲面加工；挖槽j j n i ( p o c k e t ) 依曲面形状， 于z 方向下降产生逐层梯田状粗切削刀具路径，适合复杂形状的曲面加工、插 削下刀( p l u n g e ) 产生逐层钻削刀具路径，用于工件材料宜采用钻削加工的场合； 残料 j h - v ( r e s t m i l l ) 用于去除前面工序中未切削或因刀具较大未能切削所残留的 材料，适合清除大刀加工不到的凹槽、拐角区域。 m a s t e r c a m 的各种曲面加工方法各有特点，针对凹、凸形曲面粗加工进行尝 试，然后用m a s t e r c a m 软件的仿真模块得到程序，再利用n c s e n t r y 软件测得加 工参数，然后对各种曲面加工方法进行比较。下面是不同的曲面粗加工方式去 处材料得到近似加工效果的结果。 2 1n c s e n t r y 软件简介 n c n t r y 具有实体模拟功能，可以很直观地看出n c 程序是否存在错误，还 有线型刀路模拟，可以任意放大或缩小，能够检查出极细微的过切之处。当然 现在的c a m 系统都带有刀路模拟功能，也能放大缩小，现在的c a m 系统确实 自带刀路模拟功能，可是他们只能模拟转成机台的执行代码前的刀路，也就是 进行后处理前，执行后处理之后的程序，c a m 系统就无能为力了。目前很多c a m 6 第2 章基j 。m t 眦卸凹、凸曲匝加工方式应用研究 系统的后处理不足很完善( 通常许多使用者都会去修改它) ，使转出的程序与系统 原本讣算的刀路肯差异甚至出现错误，这时就是n c s e n t r y 大显身手的时候了， 它能把处理后的程序以图形的方式如实地反映，这点是很多c a m 系统做不到 的。它还有动态编辑程序的功能，就算你手动古更政程序也能直接看出更改后 的效果。 另外，n c s e n t r y 软件具备程序加工的具体信息，如加工时间、总走川的 行程、总空行程等，能最好的优化加工程序( 如图21 ) 。尤其是加工曲面时， 通过n c s e n t r y 软件对不同曲面加工方式的研究选择合适的曲面加工方式，实现 优质、高效、经济的数控加工。 0 0 一o 。，二= 兰。氅：_ ? 一：一! = z - 。- 出 + 图2 in c s e n t r y 界面 2 2m a s t e r c a m 凹形曲面加工方法研究 2 2 1m a s t e r c a m 凹形曲面粗加工方法研究 本人利用m a s t e r c a m 9 1 的仿真功能对凹形曲面粗加工分别尝试了 m a s t e r c a m 各种曲面粗加工方法，为了使结果具备可比性，都选取相同的川具和 切削参数( 牲加工刀具为直径1 0 的圆鼻川，进给速度1 0 0 刀具路径间隔2 m m ， 第2 章基于m o s t 凹、凸曲面加工方式应用研究 精加工刀具为直径1 0 的球头刀) ，然后将数控加工仿真图形两方面分别进行比 较。通过m m s t e r e a m 仿真模块得到各种粗加工方式数控加工仿真图形，如图2 2 所示。将m a s t e r c a m 后置处理牲畜的n c 程序传送到n c s e n t r y 软件进行模拟验证， 具体加工参数如表2l 所示。 e 曲面挖槽( p o c k 曲 圈2 - 2 凹彤曲面粗加工仿真图彤 第2 章基十m 础r c a n 凹、凸曲面加丁方式应用研究 凹形曲面粗加工方式小结 l 加工质量方面：上述5 种适合的加工方法中放射状加工最佳，1 ：【_ ! 是该方 法耗时较长，最少是等高外形加工方法的r 几倍以上。 2 加工效率方蕊：放射状加工耗时最长，用了7 个多小时，等高外形耗时 最短，效率最高，但加工质量一般。 3 当切削刀具和切削参数改变时，将不会改变所得出的以上结论。 对于凹形曲面粗加工，一般以效率优先，精度不做要求或要求不高，因此 应凹形曲面粗加工采用等高外形耗时最短，效事最高，效果最好。 2 2 2m a s t e r c a m 凹形曲面精加工方法研究 通过m a s t e r c a m 仿真模块得到各种精加工方式数控加工仿真图形，通过图形 的直观比较可以观测不同曲面加工方法的表面质量( 如图23 ) 。 a 平行( p 蹰l l e l ) b 放射( r a d i a ) 第2 带基于m 他锄凹、凸曲面加j 二方式应用研究 c 流线型( f l o w l i n e ) d 等高9 n ( c o n t o u r ) 圄2 3 凹形曲面精加上仿真图形 利用n c s e n t r y 软件得到的各类曲面精加工性能参数见下表2 2 表2 2 凹形曲面精加工参数 陡斜面精加工( p a r a l l e ls t e e p ) 主要用于生成清除前次加工时残露在陡斜面上 材料的精加工刀具路径，因此常与其他加工方法配合使用；曲面投影精加工 ( p r o j e c t ) 将已经产生的刀具路径或几何图形投影到要j n t 的曲面上产生精切削刀 具路径，常用于产品的装饰加工中；交线清角( 阼n c i l ) 在曲面变角处产生精切削 路径，适合曲面交角残料的清除；残料清除( 1 e t t o v e r ) 产生精切削路径毗清除因前 面加工刀具直径较大所残留的材料；混台) j d i ( b l e n d ) 在两个混合边界区域间产生 精切削刀具路径。这五种方法用于精加工后特殊场合，所以在此不作讨论。 凹形曲面精加工方式小结： 1 加工质量方面：放射状加工最佳，但是该方法耗时7 1 1 2 6 m 9 s 是等高外 形用时4 4 m i d 5 4 s 的十几倍以上。 2 加工效率方面：等高外形耗时最短加工效率最高。但加工质量一般。 第2 章基于m t 目卸凹、凸曲面加上方式应用研究 3 当切削刀具和切削参数改变时，将不会改变所得出的以上结论。 因此对于凹形曲面精加工，精度要求不高，应采用等高外形耗时最短，效 率最高，如果精度要求比较高，放射状加工效果晟好。 2 3m a s t e r c a m 凸形曲面加工方法研究 2 3 1m a s t e r c a m 凸影曲面粗加工方法研究 通过m a s t e r c a m 仿真模块得到各种粗加工方式数控加工仿真图形，通过图形 的直观比较可以观测不同曲面加工方法的表面质量( 如图2 4 ) 。 a 平行( p a r a l l e l ) b 放射( r a d i a ) c 等高( n t o d 实体挖槽( p o c k e t ) 图2 a 凸形曲面粗加t 仿真图形 各类曲面粗加工性能参数见下表2 3 。 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 i l l i 形曲面租加工方式小结： 1 加工质量方面：放射状加工最佳，依次是曲面流线型、平行铣削、等高 外形、实体挖槽。虽然放射状加工质量最好但是该方法耗时是等高外形的几倍 以上。 2 加工效率方面：等高外形耗时最短，效率最高。而且加工质量除上表面 外也较好。 3 当切削刀具和切削参数改变时，将不会改变所得出的以上结论。 因此对于f 、形曲面粗加工，精度要求不商，应采用等高外形耗时最短，效 率最高效果最好。 2 3 2m 创s t e r e a l n 凸形曲面精加工方法研究 通过m a s t e r c a m 仿真模块得到各种精加工方式数控加工仿真图形，通过图形 的直观比较可以观测不同曲面加工方法的表面质量，如图25 所示。 a 平行佃啪l l e l ) b 放射( r a d i 曲 第2 章基于m a s 储c 衄凹、凸曲面加t 方式麻用研究 c 等高( c o n t o u r )d 流线( f l o w l m e 图2 5 凸形曲面精加工仿真图形 各类曲面精加工性能参数见下表24 。 表2 4 凸蟮益面精加【参数 凸形曲面精加 t 方式小结： 1 平行铣削时工件两侧面表面粗糙( 可从用两次平行铣削第一次倾斜4 5 度， 第二次向反方向倾斜4 5 度解决这个问题) ； 2 等高外形法费时最少，上表面粗糙( 可以再采用浅平面加工辅助) ： 3 放射状加工i i i l 形曲面质量较好，曲面从上到下依次从光滑到粗糙，也可 以补以陡斜面加工： 4 效果较好的是环绕等距法、流线加工法。 上述对曲面加工的研究，仅仅只是提供了曲面的加工的研究方法，曲面的 形状变化很大时对研究结果有着重要影响。困此在加工具体零件时应分别采 用上述的研究方法具体予以分析。 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 2 4 基于m a s t e r c a m 的曲面数控加工方法误差的研究 2 4 1 曲面三轴联动加工的加工方法误差分析 曲面三轴联动精加工所用的刀具通常是球头铣刀，用这种刀具加工曲面， 干涉较小，计算比较简单。下面以球刀为例分析曲面三轴联动加工方法误差。 在m a s t e r c a m 9 1 的“s u r f a c ep a r a m e t e r s ( 曲面参数) ”设置中，如果将“t i p c o m p ”( 刀位点位置) 设置为c e n t e r ( 刀心) ，那么刀位点为刀心，如果设置为t i p ， 刀位点就为刀尖。本文在以下分析中，用球头刀加工曲面时，以刀尖作为刀位 点。三轴联动加工的加工方法误差6 分为两部分( 如图2 6 所示) ：一是刀具路径 误差8t ，即刀位点轨迹与曲面之间的误差；二是法向矢量转动误差6n 。在加工 过程中，插补段内加工表面法向矢量沿插补直线方向的转动角在不断变化，产 生了法向矢量转动误差61 1 ，加工方法误差6 = 6t + 6n 。 1 刀具路径误差分析 目前数控机床控制器多以连续的直线和圆弧指令来移动刀具，这种程序称 为i s o 程序，但平滑的自由曲面无法由直线和圆弧来定义。为了让机床加工出 平滑的自由曲面，m a s t e r c a m 曲面多轴加工只能在曲面上以直线依误差值来趋 近，这一误差称为刀具路径误差。例如，m a s t e r c a m 曲面三轴流线加工对曲面 三流线精加工机械参数进行设置，设置整体误差( t o t a lt o l e r a n c e ) ，这单”t o t a l t o l e r a n c e ”即为刀具路径误差。 图2 6曲面三轴联动加上的加上方法误差分析图 1 4 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 如图2 6 所不，刀具路径误差的数学模型如f ： 4 = l _ 2t a n 星4 ( 2 1 ) 计算过程： 4 ：r ( 1 一c o s ，、，x ( 2 2 ) 弘- 2 - 咖与二( 1 - c o s 争磊l2 豳2 鲁2 忑l 出错协亿3 ， 口为插补直线起点和终点所在曲面法向矢量的夹角；l 为刀触点走刀步长； l ，为刀位点走刀步长；r 为插补段内加工曲面的曲率半径：r 为刀具半径。插补 直线起点和终点所在曲面法向矢量的夹角大小影响刀具路径误差，即插补段内 加工曲面的曲率半径影响刀具路径误差，曲面曲率半径最小处6t 最大，走刀步 长l 影响刀具路径误差。刀具路径误差与加工所用刀具半径的大小无关。 2 法向矢量转动误差分析 法向矢量转动误差6n 随沿插补直线方向的转动角的不断变化而变化，如图 i 所示，从3 2 变化到- 届2 。法向矢量转动误差的数学模型如下： 瓯= ， 1 一c 。s ( 譬) 】 ( 2 4 ) 计算过程： 8 = r - r c o s ( 譬) = 玎1 一c o s ( 譬) 】 ( 2 5 ) 求插补直线起点和终点所在曲面法向矢量的夹角口为： = 2 a r c s i i l 三 ( 2 6 ) 计算过程： 1 5 第2 章基于m a s t e r c a n 凹、凸曲面加工方式应用研究 r = 趸l ；s i n 譬= 三2 r ；譬= a r c s i n 西l 眨7 ， 法向矢量转动误差6n 与球刀直径和插补直线段起始点和终止点转动角有 关，也与加工曲面的曲率半径有关。加工曲面的曲率半径大而6n 小，球刀直径 大且61 1 大。 曲面分为凹、凸两种，加工一凹曲面法向矢量转动误差81 1 , 与刀具路径误差 6t 方向相反，加工一凸曲面6n 与6t 方向相同，即凸曲面的加工方法误差6 = 6t + 6n ，凹曲面的加工方法误差6 = 6t - 6n 。加工凸曲面的曲率半径最小处6 最大。 2 4 2 基于ma s t e r c a m 的曲面三轴加工方法误差的研究 m a s t e r c a m 的曲面三轴联动加工的刀具路径误差的设置方法有2 种，即 d i s t a n c e 和t o t a l t o l e r a n e e 。用d i s t a n c e 设定刀具路径误差时，是设定每一刀具 路径的长度小于某一设定值。而用t o t a l t o l e r a n 设定刀具路径误差时，是设定6t 小于某一值，然后由软件自动调整刀具路径的长度。 m a s t e r c a m 的曲面三轴联动加工的刀具路径误差的设置都可以直接设置刀 具路