UG平台下数控加工刀具路径的应用研究设计【4张CAD图纸】【减速器传动轴及端盖加工】

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UG平台下数控加工刀具路径的应用研究设计【全套CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】.rar

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CAM

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关键词：: ug 平台数控加工刀具路径应用利用运用研究钻研设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

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摘要
对于机电产品来说，其设计、制造水平、产品的质量、成本及生产周期是息息相关的。随着现代科学技术的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，人工设计、单件生产这些传统的设计与制造方式已无法适应现代工业发展的要求，采用计算机辅助设计及制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称 CAD/CAM）技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点和趋势。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是提高产品质量、劳动生产率必不可少的手段。在数控加工过程中，加工程序的编制是基础性工作，因此 CAD/CAM技术对数控加工领域来说就显得很重要。CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面、数控加工、仿真模拟、动态显示等。这些模块以工程数据库为基础，进行统一管理，既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运行时间。
本文是关于UG平台下数控加工中刀具路径的应用研究，即在采用UG CAM技术进行仿真加工时，为了完成高质量的型面数控加工, 如何合理地生成控制刀具运动的加工程序。
关键词：刀具路径数控加工UG NX4.0

Abstract
For the mechanical and electrical products, its design, manufacturing, product quality, cost and production cycles are closely related. With modern science and technology development, especially in the rapid development of computer technology, artificial design, a single production of these traditional design and manufacturing methods have been unable to adapt to the demands of modern industrial development, using computer-aided design and manufacturing (Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing, referred to CAD / CAM) technology has become the manufacturing industry at present and the future development of key technologies and trends. NC technology is the manufacturing automation, flexible and integrated production base, is a essential method to improve the quality of products, labor productivity.In the process of the NC manufacturing, programming the NC processor is the basis for the preparation work, so the CAD / CAM technology is very important in the field of NC manufacturing. CAD / CAM software system is composed of several modules, such as 3-D graphics, graphics editing, surface, NC, simulation, dynamic display, and so on. These modules based on a database project, unified management, while maintaining the underlying data integrity and consistency, data sharing, and also saving system resources and run-time.
This paper is about the applied research of NC tool path, used UG CAM technology that in the simulation process, in order to complete the high-quality face NC, how to generate a reasonable control of the processing campaign tool.
Key words: Tool Path NC UG NX4.0
目录
摘要 I
Abstract II
第一章绪论 1
1.1数控加工技术的定义 1
1.2数控加工技术的现状 1
1.3数控加工技术的发展趋势 2
1.3.1 高速、高精加工技术 3
1.3.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 3
1.3.3 智能化、开放式、网络化 3
1.3.4 重视新技术标准、规范的建立 4
1.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用 5
1.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。 5
1.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。 6
1.5设计前言 6
第二章　刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择 8
2.1 走刀方式和切削方向 8
2.2走刀方式 8
2.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择 8
2.3.1 二轴半加工方式 8
2.3. 2 三维曲面加工方式 9
2.4 本章小结 12
第三章　刀具路径在高速铣削中的应用研究 14
3.1高速切削技术及其刀具路径 14
3.1.1高速切削技术发展现状与优点 14
3.1.2高速削刀具路径的确定 14
3.2高速铣削时生成刀具路径的优化策略 16
3.2.1高速铣削编程时需要注意的几个原则 16
3.2.2高速铣削时刀具路径生成的策略 16
3.2.3高速铣削程序后置处理时优化 20
3.3 高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择 20
3.3.1 实验过程 21
3.3.2 结果与讨论 22
3.3.3 研究结果 23
3.4本章小结 24
第四章 UG CAM刀具路径创建应用基础 25
4.1初始化加工环境 25
4.1.1 选择加工配置文件 25
4.1.2选择模板零件 25
4.1.3初始化加工环境 25
4.2 操作导航器 25
4.2.1操作导航器视图 25
4.2.2参数继承关系 27
4.3创建几何 27
4.3.1创建加工坐标系 28
4.3.2创建铣削几何 28
4.3.3创建铣削边界 29
4.3.4创建铣削区域 29
4.4创建刀具 30
4.5创建加工方法 30
4.5.1设置加工余量和公差 30
4.5.2设置进给量 31
4.6创建程序 33
4.7创建操作 34
4.8本章小结 35
第五章　减速箱部分零件刀具路径的应用研究 36
5.1减速箱端盖加工刀具路径的应用研究 36
5.1.1确定端盖数控加工的平面和孔 36
5.1.2确定走刀路线和安排加工顺序 37
5.1.3确定定位和夹紧方案 38
5.1.4确定切削用量 38
5.1.5制订数控加工技术文件 40
5.1.6数控刀具的参数信息 41
5.1.7生成刀轨 41
5.1.8进行切削仿真 41
5.1.9输出CLSF文件 42
5.2减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究 42
5.2.1确定走刀路线和安排加工顺序 43
5.2.2确定切削用量 46
5.2.3确定定位和夹紧方案 46
5.2.4制订数控加工技术文件 46
5.2.5数控刀具的参数信息 47
5.2.6生成刀轨 48
5.2.7进行加工仿真 48
5.2.8生成CLSF文件 48
5.3本章小结 48
本文总结 49
设计总结 50
致谢 51
参考文献 52
科技译文 53
The development of NC 53
现代制造技术及其发展 56
Advanced processing technology developments 58
模具加工技术的最新发展 61

第一章绪论
1.1数控加工技术的定义
一般来说，计算机辅助制造(Computer Aided Manufaturing,CAM)包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺过程设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容．而其中的数控加工编程则是计算机辅助制造(CAM)的关键内容。所谓数控加工技术，主要是指用记录在媒体上的数字信息对专用机床实施控制，使其自动完成规定加工任务的一门编程技术。运用数控加工可以保证产品达到极高的加工精度和稳定的加工质量；操作过程可以实现自动化；生产准备周期短；可以大量节省专用工艺设备，适应产品快速更新换代的需要。它与CAD紧密衔接，可以直接从产品的数字定义产生加工指令，从而保证零件具有精确的协调和互换性；产品最后用坐标测量机检验．可以严格控制外形和尺寸精度。零件形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，生产批量越小，数控加工的优越性就越容易得到发挥。例如：在卷烟机械行业新产品研发过程中，需要经过无数次的设计、优化与试制，最后才能获得成功，这些都离不开数控加工编程技术。数控加工编程技术在现代机械产品生产中占有举足轻重的地位，得到了广泛的应用。
数控加工是依靠程序来控制数控专用机床的加工过程的，因此数控加工程序是十分重要的环节，必须认真对待。一个理想的数控加工程序不仅能保证加工出符合设计要求的合格零件，同时也可使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥以及安全可靠地工作。
1.2数控加工技术的现状
随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市场能提供不同加工需求、迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，并大幅度地降低维护和培训成本，同时还要求新—代数控系统具有方便的网络功能，以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。为此，近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝标淮化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为如下4种类型。

传动轴2.gif

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工艺图二.gif

工艺图一.gif

QQ截图20150427001447.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）任务书机电工程系机械设计制造及其自动化专业班学生一、毕业设计(论文)课题 UG平台下数控加工刀具路径的应用研究二、毕业设计(论文)工作自 2008 年 3 月 17 日起至 2008 年 6 月 18 日止三、毕业设计(论文)进行地点四、毕业设计(论文)的内容要求 1、已知条件：一级直齿圆柱齿轮减速器的结构尺寸参数（课程设计中完成）。 2、设计要求：（1）说明数控加工中刀具路径的建立原则，阐述当前CAM软件的发展状况及UG CAM的特点，按要求写出开题报告；（2）收集国内外有关情报资料，查阅有关文献资料15篇以上；（3）翻译不少于5000字的科技英语；（4）在分析、计算、选择和设计的基础上编写出不少于两万字的设计计算说明书（含文献综述）；（5）给出设计平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣及点位加工的刀具运动仿真动画；（6）给出齿轮减速箱的箱体、齿轮、齿轮轴、端盖等非标准件的刀具运动仿真动画，以及齿轮减速箱的运动仿真动画；输出工程图折合A0号幅面的图纸不少于2张； 3、工作进度：（1）复习数控编程基础及加工工艺，包括数控加工的基础知识、数控程序基础、CAM数控加工工艺；了解UG的特点，比如有什么建模方法、制造模块包括哪些子模块、加工基础模块中包含了什么加工类型等；编写出开题报告（1周）；（2）掌握UG的基本操作（1周）；（3）掌握加工应用基础，其中有UG生成数控程序的一般步骤、刀具的创建、几何体的创建、加工方法的创建、刀具路径的验证及后处理等（2周）；（4）研究设计平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣及点位加工的刀具路径建立方法，完成刀具运动仿真（2周）；（5）完成齿轮减速箱的箱体、齿轮、齿轮轴、端盖等非标准件的刀具路径建立及加工仿真（2周）；（6）组装齿轮减速箱各部件，完成齿轮减速箱运动仿真；输出工程图（1周）；（7）整理编写设计说明书（2周）；（8）外文翻译（1周）；（9）准备和参加毕业答辩（1周）。 4、主要参考资料：（1）廖效果, 朱启逑. 数字控制机床. 华中科技出版社, 1992 （2）朱晓春. 数控技术. 机械工业出版社, 2004 （3）张建刚, 胡大泽. 数控技术. 华中科技大学出版社, 2000 （4）孟富森, 蒋忠理. 数控技术与CAM应用. 重庆大学出版社, 2003 （5）易红. 数控技术. 机械工业出版社, 2005 （6）王卫兵. UG NX 数控编程实用教程. 清华大学出版社, 2004 （7）老虎工作室. UG NX 中文版数控加工基础教程. 人民邮电出版社, 2006 （8）周超明, 赵东福, 聂相虹. UG NX 数控编程技术基础及应用. 清华大学出版社, 2006 （9）王昆, 何小柏, 汪信远. 机械设计、机械设计基础课程设计. 高等教育出版社, 1995 教研室负责人指导教师接受设计论文任务开始执行日期年月日学生签名毕业设计（论文）开题报告题目UG平台下数控加工刀具路径的应用研究学院年级专业机械设计制造及其自动化学号姓名指导教师2008年 3 月 17 日毕业设计（论文）开题报告题目时间2008 年03月17日至2008年 06月18日本课题的目的意义（含国内外的研究现状分析）随着电子技术在制造业的推广及应用,传统机械加工方法正逐渐被先进的CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)所取代。应用传统的加工方法,不仅生产率低,且精度得不到保证,CAD/CAM软件在机械加工中的应用,为我们开辟了一种新的设计、加工途径,并使机械制造能力上了一个新的台阶。针对加工零件,我们运用UG软件的建模和加工模块,完成了零件模型建立加工过程的设计加工过程的仿真加工参数修正数控机床后置处理转换生成数控程序数控加工,从而满足各项要求。采用这种方法不仅减少了编程人员的计算量,还在一定程度上提高了产品的制造质量和生产效率。设计(论文)的基本条件及设计(论文)依据一级斜齿圆柱齿轮减速器的结构尺寸参数（课程设计中完成）。本课题的主要内容、重点解决的问题（1）掌握UG的基本操作；（2）掌握加工应用基础，其中有UG生成数控程序的一般步骤、刀具的创建、几何体的创建、加工方法的创建、刀具路径的验证及后处理等；（3）研究设计平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣及点位加工的刀具路径建立方法，完成刀具运动仿真；（4）完成齿轮减速箱的箱体、齿轮、齿轮轴、端盖等非标准件的刀具路径建立及加工仿真；（5）组装齿轮减速箱各部件，完成齿轮减速箱运动仿真；输出工程图；本课题欲达到的目的或预期研究的结果通过本课题的学习，希望能对以下两方面达到一定程度上的认识：1、基于UG软件CAD功能的快速设计;2、基于UG软件CAM功能的快速制造。计划进度时间工作内容备注第四周：（1）复习数控编程基础及加工工艺，包括数控加工的基础知识、数控程序基础、CAM数控加工工艺；了解UG的特点，比如有什么建模方法、制造模块包括哪些子模块、加工基础模块中包含了什么加工类型等；编写出开题报告（1周）；第五周：（2）掌握UG的基本操作（1周）；第六、七周：（3）掌握加工应用基础，其中有UG生成数控程序的一般步骤、刀具的创建、几何体的创建、加工方法的创建、刀具路径的验证及后处理等（2周）；第八、九周：（4）研究设计平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣及点位加工的刀具路径建立方法，完成刀具运动仿真（2周）；第十、十一周：（5）完成齿轮减速箱的箱体、齿轮、齿轮轴、端盖等非标准件的刀具路径建立及加工仿真（2周）；第十二周：（6）组装齿轮减速箱各部件，完成齿轮减速箱运动仿真；输出工程图（1周）；第十三、十四周：（7）整理编写设计说明书（2周）；第十五周：（8）外文翻译（1周）；第十六周：（9）准备和参加毕业答辩（1周）。指导教师意见指导教师签名：年月日摘要摘要对于机电产品来说，其设计、制造水平、产品的质量、成本及生产周期是息息相关的。随着现代科学技术的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，人工设计、单件生产这些传统的设计与制造方式已无法适应现代工业发展的要求，采用计算机辅助设计及制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称 CAD/CAM）技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点和趋势。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是提高产品质量、劳动生产率必不可少的手段。在数控加工过程中，加工程序的编制是基础性工作，因此 CAD/CAM 技术对数控加工领域来说就显得很重要。CAD/CAM 软件系统是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面、数控加工、仿真模拟、动态显示等。这些模块以工程数据库为基础，进行统一管理，既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运行时间。本文是关于 UG 平台下数控加工中刀具路径的应用研究，即在采用 UG CAM 技术进行仿真加工时，为了完成高质量的型面数控加工, 如何合理地生成控制刀具运动的加工程序。关键词：刀具路径数控加工 UG NX4.0IAbstractFor the mechanical and electrical products, its design, manufacturing, product quality, cost and production cycles are closely related. With modern science and technology development, especially in the rapid development of computer technology, artificial design, a single production of these traditional design and manufacturing methods have been unable to adapt to the demands of modern industrial development, using computer-aided design and manufacturing (Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing, referred to CAD / CAM) technology has become the manufacturing industry at present and the future development of key technologies and trends. NC technology is the manufacturing automation, flexible and integrated production base, is a essential method to improve the quality of products, labor productivity.In the process of the NC manufacturing, programming the NC processor is the basis for the preparation work, so the CAD / CAM technology is very important in the field of NC manufacturing. CAD / CAM software system is composed of several modules, such as 3-D graphics, graphics editing, surface, NC, simulation, dynamic display, and so on. These modules based on a database project, unified management, while maintaining the underlying data integrity and consistency, data sharing, and also saving system resources and run-time.This paper is about the applied research of NC tool path, used UG CAM technology that in the simulation process, in order to complete the high-quality face NC, how to generate a reasonable control of the processing campaign tool. Key words: Tool Path NC UG NX4.0目录目录摘要摘要.I IABSTRACTABSTRACT .IIII第一章第一章绪绪论论 .1 11.1 数控加工技术的定义.11.2 数控加工技术的现状.11.3 数控加工技术的发展趋势.21.3.1 高速、高精加工技术.31.3.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 .31.3.3 智能化、开放式、网络化.31.3.4 重视新技术标准、规范的建立.41.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用.51.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。.51.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。.61.5 设计前言.6第二章第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择 .8 82.1 走刀方式和切削方向 .82.2 走刀方式.82.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择 .82.3.1 二轴半加工方式.82.3. 2 三维曲面加工方式.92.4 本章小结 .12第三章第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究刀具路径在高速铣削中的应用研究 .14143.1 高速切削技术及其刀具路径.143.1.1 高速切削技术发展现状与优点 .143.1.2 高速削刀具路径的确定 .143.2 高速铣削时生成刀具路径的优化策略.163.2.1 高速铣削编程时需要注意的几个原则 .163.2.2 高速铣削时刀具路径生成的策略 .163.2.3 高速铣削程序后置处理时优化 .203.3 高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择 .203.3.1 实验过程.213.3.2 结果与讨论.223.3.3 研究结果.233.4 本章小结.24第四章第四章 UGUG CAMCAM 刀具路径创建应用基础刀具路径创建应用基础.25254.1 初始化加工环境.254.1.1 选择加工配置文件.25i4.1.2 选择模板零件 .254.1.3 初始化加工环境 .254.2 操作导航器 .254.2.1 操作导航器视图 .254.2.2 参数继承关系 .274.3 创建几何.274.3.1 创建加工坐标系 .284.3.2 创建铣削几何 .284.3.3 创建铣削边界 .294.3.4 创建铣削区域 .294.4 创建刀具.304.5 创建加工方法.304.5.1 设置加工余量和公差 .304.5.2 设置进给量 .314.6 创建程序.334.7 创建操作.344.8 本章小结.35第五章第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究减速箱部分零件刀具路径的应用研究 .36365.1 减速箱端盖加工刀具路径的应用研究.365.1.1 确定端盖数控加工的平面和孔 .365.1.2 确定走刀路线和安排加工顺序 .375.1.3 确定定位和夹紧方案 .385.1.4 确定切削用量 .385.1.5 制订数控加工技术文件 .405.1.6 数控刀具的参数信息 .415.1.7 生成刀轨 .415.1.8 进行切削仿真 .415.1.9 输出 CLSF 文件 .425.2 减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究.425.2.1 确定走刀路线和安排加工顺序 .435.2.2 确定切削用量 .465.2.3 确定定位和夹紧方案 .465.2.4 制订数控加工技术文件 .465.2.5 数控刀具的参数信息 .475.2.6 生成刀轨 .485.2.7 进行加工仿真 .485.2.8 生成 CLSF 文件 .485.3 本章小结.48本文总结本文总结 .4949设计总结设计总结 .5050致谢致谢 .5151参考文献参考文献 .5252ii科技译文科技译文 .5353THE DEVELOPMENT OF NC .53现代制造技术及其发展 .56ADVANCED PROCESSING TECHNOLOGY DEVELOPMENTS.58模具加工技术的最新发展 .61数控加工中刀具路径的应用研究0第一章第一章绪绪论论1.1 数控加工技术的定义数控加工技术的定义一般来说，计算机辅助制造(Computer Aided Manufaturing,CAM)包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺过程设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容而其中的数控加工编程则是计算机辅助制造(CAM)的关键内容。所谓数控加工技术，主要是指用记录在媒体上的数字信息对专用机床实施控制，使其自动完成规定加工任务的一门编程技术。运用数控加工可以保证产品达到极高的加工精度和稳定的加工质量；操作过程可以实现自动化；生产准备周期短；可以大量节省专用工艺设备，适应产品快速更新换代的需要。它与 CAD 紧密衔接，可以直接从产品的数字定义产生加工指令，从而保证零件具有精确的协调和互换性；产品最后用坐标测量机检验可以严格控制外形和尺寸精度。零件形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，生产批量越小，数控加工的优越性就越容易得到发挥。例如：在卷烟机械行业新产品研发过程中，需要经过无数次的设计、优化与试制，最后才能获得成功，这些都离不开数控加工编程技术。数控加工编程技术在现代机械产品生产中占有举足轻重的地位，得到了广泛的应用。数控加工是依靠程序来控制数控专用机床的加工过程的，因此数控加工程序是十分重要的环节，必须认真对待。一个理想的数控加工程序不仅能保证加工出符合设计要求的合格零件，同时也可使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥以及安全可靠地工作。1.2 数控加工技术的现状数控加工技术的现状随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市场能提供不同加工需求、迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，并大幅度地降低维护和培训成本，同时还要求新代数控系统具有方便的网络功能，以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。为此，近 10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝标淮化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为如下 4 种类型。(1)传统数控系统。例如 FANUC0 系统、MITSUBISHI 系统、Siemens810 系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。尽管也可以使用人机界面，但是必须使用专第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择1门的开发工具(如 Siemens 的 WS800A)，耗费较多的人力，而对它的功能扩展、改变和维修，都必须求助于系统供应商。目前这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。(2)“PC 嵌人 NC”结构的开放式数控系统。如 FANUC18i、16i 系统、Siemens840D系统、Num1060 系统、AB9/360 等数控系统。这是由于一些数控系统制造商不愿放弃多年来积累的数控软件技术，又想利用计算机丰富的软件资源面开发的产品。然面，尽管它也具有一定的开放性但由于它的 NC 部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。因此，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，但价格昂贵。(3)“NC 嵌入 PC”结构的开放式数控系统。它由开放体系结构运动控制卡+Pc 机构成。这种运动控制卡通常选用高速 DSP 作为 CPU，具有很强的运动控制和 PLC 控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在 WINDOWS 平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国 Delta Tau 公司用 PMAC 多轴运动控制卡构造的 PMAC-NC 数控系统、日本 MAZAK 公司用三菱电机的 MELDASMAGIC64 构造的 MAZATROL CNC 等。(4)SOFT 型开放式数控系统。这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的 CNC 软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I/O 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM 和相应的驱动程序一样。用户可以在 WINDOWS NT 平台上，利用开放的 CNC 内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。与前几种数控系统相比，SOFT 型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命人。其典型产品有美国MDSI 公司的 Open CNC、德国 Power Automation 公司的 PA8000 NT 等。我国的数控技术经过近明年的发展，基本上掌握了这一领域的关键技术，建立了数控开发生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。 “八五”期间开发的成果华中 I 号、中华 I 号、航天 I 号和蓝天 I 号 4 种基本系统建立了具有中国自主版权的数控技术平台。具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，有了较大的改观。产品的性能和可靠性有了较大的提高，它们逐渐被用户认可在市场上站住了脚。如上海开通数控有限公司的 KT 系列数控系统和步进驱动系统、北京凯恩帝数控技术有限公司的 KND 系列数控系统、广州数控设备厂的 GSK 系列数控系统等。这些产品的共同特点是数控功能较齐全，价格低，可靠性较好。1.3 数控加工技术的发展趋势数控加工技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的数控加工中刀具路径的应用研究2象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.3.1 高速、高精加工技术效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和航天工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋刚度很差，材料为铝或铝合金只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到5m，精密级加工中心则从 3m-5m，提高到 1m -15m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6000h 以上伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.3.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅租糙度低，面且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 铀联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5 轴联动机床和复合加工机床(含 5 面加工机床)的发展。1.3.3 智能化、开放式、网络化21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控技术系第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择3统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程角化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控技术系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题，目前许多国家对开放式数控技术系统进行研究，如美国的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)以及中国的 0NC(Open Numerical Control System)等。数控技术系统开放化已经成为数控技术系统发展的未来之路。所谓开放式数控技术系统就是数控技术系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年准出了相关的新概念和样机，都反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.3.4 重视新技术标准、规范的建立1关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000年也开始进行本国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。2关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信息交换都是基于 ISO6983 标准即采用 G、M 代码描述如何加工，其本质特征是面向加工过程，显然已经越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO4649(STEP-NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC 的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制数控加工中刀具路径的应用研究4造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC 提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC 加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC 程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC 数控系统还可大大减少加工图纸(约 75)、加工程序编制时间(约 35)和加工时间(约 50)。目前，欧美国家非常重视 STEP-NC 的研究，欧洲发起了 STEP-NC 的 IMS 计划(1999.1.1-2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个CADCAMCAPPCNC 用户、厂商和学术机构。美国的 STEP TOOLS 公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了 SIEMENS、FIFIA 以及欧洲 OSACANC 数控系统的原型样机上进行了验证。1.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用软件在数控加工中的应用随着电子技术在制造业的推广及应用,传统机械加工方法正逐渐被先进的CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)所取代。应用传统的加工方法,不仅生产率低,且精度得不到保证,CAD/CAM 软件在机械加工中的应用,为我们开辟了一种新的设计、加工途径,并使机械制造能力上了一个新的台阶。采用这种方法不仅减少了编程人员的计算量,还在一定程度上提高了产品的制造质量和生产效率。1.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。 CAD 能设计制作既满足设计使用要求又适合 CAM 加工的零件模型。优秀的 CAD 系统是一个高效的设计工具，具有参数化设计功能，三维实体模型与二维工程图形能相互转化和关联。一个好的 CAD/CAM 软件与其他 CAD/CAM 软件的兼容性是非常重要的，软件所带的图形文件接口，要能支持多种图形文件转换，能从其他系统读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其他系统。CAM 与 CAD 密不可分， CAM 甚至比 CAD 应用得更为广泛。它能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。随着对产品形状、质量要求的不断提高，要求工人高效地制造出高质量以及复杂的产品， CAM 技术不可缺少。在实际应用中，二者自然紧密结合，形成 CAD/CAM 系统。此系统大大缩短了产品的制造周期，显著提高了产品质量，带来了巨大的经济效益。高档先进的 CAD/CAM 系统提供了一定的 NC 仿真功能，用于检查刀具切削过程的正确性、检查过切和干涉现象等，但直接通过 NC 代码来驱动仿真加工过程的方法和软件还很少。而在大量使用半手工数控编程的我国制造业，采用 NC 代码驱动仿真加工过程以检验 NC 代码的正确性是迫切的。特别是如果能将仿真软件直接嵌入到实际的加工系统中使其成为实际加工的支撑环境，将具有更为深远的意义。数控加工过第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择5程仿真，保证了数控编程的质量，减少了试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率，产生巨大的经济和社会效益。一般的 CAD/CAM 系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出，使用户能够灵活地使用不同的数控装置。提供后处理和程序，一般包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序。后处理程序能细调，以使数控输出符合用户的要求；能将 NC 程序反向处理，显示刀具路径。1.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。国内外大量的经验表明， CAD 系统的效益往往不是从其本身而是通过 CAM 和PPC（生产计划与控制）系统体现出来，反过来， CAM 系统如果没有 CAD 系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效的利用。PPC 系统如果没有 CAD 和 CAM 的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将 CAD、CAE、CAPP、CAM和 PPC 等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除了“自动化孤岛” ，取得了最佳的效益。采用 CAD/CAM 技术一是减少加工前的准备工作，可以减少夹具的设计与制造、工件的定位与装夹时间；二是减少加工误差，可以在制造加工前进行加工路径模拟仿真，可以减少加工过程中的误差和干涉检查，进而节约制造成本；三是提高加工的灵活性，配合各种多轴加工机床，可以在同一机床上对复杂的零件按照各种不同的程序进行加工；四是生产时间容易控制，数控加工机床按照所设计的程序进行加工，可准确地预估加工所需的时间，以控制零件的制造加工时间；五是加工重复性好，设计程序数据可以重复利用。 CAD/CAM 任务的实现过程十分复杂，很难确定地描述其发生的先后顺序，有时是并行甚至逆向的，这样必须有人的参与才能给予实现。实践中工人根据图纸要求适当修改生成的代码。CAD/CAM 软件自动编程中，大多数加工方式默认只能采用直接垂直向下进刀方式，如“外形铣削” 、 “平面铣削” 、 “曲面精加工”等。立铣刀的端部中心部分没有切削刃，垂直进刀的切削能力很小，而键槽铣刀是两刃刀具，其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两条切削刃，加工时不平稳，在大面积切削中的加工效率较低，加工零件的表面粗糙度也不太理想。在加工工艺孔时，该工艺孔的深度控制要准确。深度太浅，在直接垂直进刀过程中很有可能使立铣刀损坏；深度太深，超出了工件要求加工的位置，会导致工件过切而报废。CAD/CAM 软件将微机与 CNC 机床组成面向车间的系统，将大大提高设计效率和设计质量，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产水平，实现系统集成和设计制造一体化现在， CAD/CAM 技术在我国经济发展较为活跃的大中城市应用日益广泛。数控加工中刀具路径的应用研究61.5 设计前言设计前言毕业设计是学生在走向社会之前最后的也是最重要最为全面的一次设计，是高等院校为了培养工程技术人员而进行的一次大型综合训练。通过这次设计，可以检验学生综合运用所学专业知识的能力以及独立分析、解决问题的能力。进一步巩固和拓宽所学知识，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉并掌握设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力，为日后更好的工作打下坚实的基础。由美国 EDS 公司开发的机械设计集成化软件 Unigraphics(简称 UG)，具有功能强大、性能稳定以及兼容性好、交互性强等特点，近年来在我国机电产品辅助设计和制造领域得到广泛应用。例如在辅助实体造型方面，UG 软件除拥有同类软件所具备的通用功能外，还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具等卓越功能，其中仅复合建模功能就可以让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模等不同辅助设计方式中任意选择，使设计者可以根据工程设计的实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。一、基于 UG 软件 CAD 功能的快速设计在现代家电类产品和轻工类产品的开发过程中，不仅会有众多的几何实体造型建模，而且还会有大量的自由曲面造型建模。由于以变量几何和参数设计的复合建模技术为依托，UG 软件能充分满足不同用户在开发新型产品过程中的不同需求。尤其是 UG软件所具有的实体建模(MODELING)、特征建模(FEATURES MODELING)和自由曲面建模(FREE FORM MODELING) 等功能，更使机电产品的造型建模变得快捷、方便和实用。由于 UG 软件构造的曲面是基于 NURBS 技术且是参数化的，因而更加便于修改和完善，这就为机电产品加快更新换代的步伐提供了良好的基础条件。二、基于 UG 软件 CAM 功能的快速制造在采用 UG 软件进行计算机辅助制造过程中，UG 软件提供了一种通过交互式编程以产生精确加工轨迹的方法。借助这一方法，可以建立一种称之为刀具位置源文件（CLSF）的刀具轨迹文件。UG 软件的 CAM 功能允许模具加工者通过观察刀具运动来图形化地编辑刀具轨迹，并进行图形化的修改工作，如延伸、缩短或修剪加工轨迹等。与此同时，CLSF 文件也能相应发生改变。最终的，CLSF 文件经后置处理即可被数控机床接受并用于加工。UG 软件采用 CAM 技术进行 toolpathverify 仿真加工，能交互式地模拟、验证和显示 NC 大局路径，是一种花费少、效率高、不用机床而可进行 NC 加工试验的方法，可免去费力耗时的样件生产，缩短机床调试准备时间，并大大减少刀具磨损量补偿和清理等工作。这对在复杂工件装夹情况下进行加工来说，将大大减少撞刀、碰刀的机会，从而提高了 CAM 的水平和效率。而且，UG 软件可以很方便地对粗第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择7加工、半精加工、精加工、根切各程序中的任意一种进行简单的编辑，此后即可完成其他的加工，由此大大提高了 CAM 的编程速度。同时应看到，应用 UG 软件进行三维建模工作，不仅可以把产品用虚拟模型形象直观地表现出来，而且还可进行各零件三维模型的虚拟装配，以检验结构的合理性以及在装配过程中可能发生的干涉，以便及时更正或修改，避免发生设计错误。在计算机上进行虚拟装配和干涉检查，能使设计者在开发时提前发现在样机试制阶段中才出现的问题，节约了样机试制费用，缩短了样机试制周期，对新产品的开发十分有利。数控加工中刀具路径的应用研究8第二章第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择数控加工是模具制造中的关键技术, 数控加工质量的好坏直接影响模具型面的加工质量, 乃至整套模具的制造质量。为了完成高质量的模具型面数控加工, 必须合理地生成控制刀具运动的加工程序。2.1 走刀方式和切削方向走刀方式和切削方向走刀方式是指生成刀具运动轨迹时, 刀具运动轨迹的分布方式。切削方向是指在切削加工时刀具的运动方向。这两个概念在数控加工中是非常重要的,其选择是否合理,将影响零件加工精度和制造成本。选择原则为根据被加工零件表面的几何形状特征, 在保证加工精度的前提下, 使切削加工时间尽可能短,且在切削加工中,刀具受力平稳。2.2 走刀方式走刀方式在模具表面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中,可采用如下 3 种走刀方式。a . 往复型走刀方式。在切削加工中顺铣、逆铣交替进行, 加工效率高, 但加工精度相对低一些。b. 单方向走刀方式。在切削加工中能保证顺铣或逆铣一致性,加工精度较高,可按实际加工选择顺铣或逆铣进行加工。由于该走刀方式在完成一条切削轨迹后, 附加了一条非切削运动轨迹,因此延长了加工时间。c . 环切走刀方式。刀具运动轨迹是由一组封闭的曲线组成的。它主要用于封闭环状曲面的刀具运动轨迹的生成。2.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择2.3.1 二轴半加工方式（1）轮廓加工在编制零件轮廓粗加工程序时, 考虑零件表面余量大,应采用逆铣加工方式,以便减少机床的振动。在编制零件轮廓精加工程序时, 由于精加工要求保证零件的加工精度和表面粗糙度, 应采用顺铣加工方式。在编制轮廓加工程序时, 还应注意的另一个问题是为了防止刀具直接切入工件表面, 留下驻刀痕迹,影响被加工表面粗糙度,应在描述被加工表面的几何元素定义中,在初始切入点处,定义一辅助圆弧段, 这样刀具以第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择9圆弧方向切入工件表面,保证了被加工表面的粗糙度。（2）沟槽加工a . 往复型走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成行切刀具运动轨迹。为了保证沟槽立面留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽四周环切一刀,保证其加工精度。b. 环切走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成环切刀具运动轨迹。为保证沟槽立面的加工精度,在初始环切加工后,在沟槽立面和凸台立面上留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽立面和凸台立面的周围环切一刀, 保证其加工精度。2.3. 2 三维曲面加工方式1单曲面加工方式（1）旋转面旋转面按其形状特征分为盘状旋转面和轴类旋转面。对盘状旋转面加工而言, 不论是生成粗加工刀具运动轨迹, 还是精加工刀具运动轨迹, 应选 Z 坐标值较小的曲面角点为进刀点, 选择环切走刀方式及圆周方向为切削加工方向。其优点是所生成的刀具运动轨迹分布整齐, 便于钳工修整, 刀具受力均匀,排屑方便,切削加工时间短。刀具运动轨迹如图 2-1。图 2-1轴类旋转面应根据粗、精加工要求生成数控加工所需刀具运动轨迹。由于在生成粗加工刀具运动轨迹时, 考虑排屑及加工效率等因素, 故应选择往复型走刀方式。选轴向为切削方向, 且刀具运动轨迹(如图 2-2) 是按先深后浅方式分布。精加工刀具运动轨迹(如图 2-3) 应选择圆周方向为切削加工方向,这样能生成均匀、整齐、便于钳工修整的刀具运动轨迹。数控加工中刀具路径的应用研究10图 2-2图 2-3（2）直纹面对于封闭型直纹面而言, 生成这类曲面粗、精加工刀具运动轨迹时,应选择环切走刀方式及周边为切削加工方向, 刀具运动轨迹(如图 2-4) 按先深后浅顺序分布, 以使零件的加工精度、效率及刀具受力状态都处于最佳状态。图 2-4对于非封闭直纹面, 一般选择往复型走刀方式,以减少切削加工时间,同时也能保证零件的加工精度。切削方向应按如下方法进行选择:a . 曲线定义方向的长度远大于直纹方向长度的直纹面,其粗、精加工刀具运动轨迹的切削方向均选为直纹面的曲线定义方向。优点是切削加工时间短且保证加工精度。b. 曲线定义方向的长度与直纹方向的长度基本相等的直纹面, 其粗加工的切削方向应选择直纹方向, 优点是切削加工时间短且刀具受力平稳; 其精加工的切削方向应选择曲线定义方向, 优点是能保证切削加工精度且便于钳工修整。c . 对于曲线定义方向的长度远小于直纹方向的长度的直纹面, 其粗精加工的切削方向的选择方法与第二种情况相同。（3）倒圆曲面倒圆曲面的粗加工刀具运动轨迹, 应选择交线方向为切削方向, 而精加工应选择圆弧方向为切削方向。因为沿交线方向进行加工,能减少加工时间,而沿圆弧方向走刀更能保证表面的加工质量。（4）双方向曲面第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择11双方向曲面的粗加工刀具运动轨迹, 应选择曲面较长的方向为切削方向, 其目的是减少切削加工时间; 精加工刀具运动轨迹应选择 Z 坐标值变化较小的曲面等参数曲线的方向为切削加工方向, 这样选择能使刀具在切削过程中受力平稳, 以保证零件的加工精度。（5）修剪曲面在实际数控编程中, 经常要进行修剪曲面的刀具运动轨迹的生成。修剪曲面一般选择往复型走刀方式, 切削方向的选择与非修剪曲面的选择方法相同。修剪曲面的刀具运动轨迹生成方法与非修剪曲面不同之处是修剪曲面的刀具运动轨迹在中间孤岛处应定义躲让孤岛的方式, 是越过孤岛还是绕过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-5 是绕过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-6 是越过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-5图 2-62 多曲面加工方式多曲面连续加工是指按一定的要求对一组曲面同时进行数控加工, 并提供每个曲面内的啃刀检验及预防曲面间的加工过切等功能的加工方法。其刀具运动轨迹按如下方式定义: 刀具运动轨迹在给定平面上的投影由给定的切削间距和方向的导动线来控制, 而切削加工深度则由一组所定义的加工曲面来控制。导动线一般应定义在所给定的平面上,但也可以在空间状态下定义,则应以导动线在给定平面上的投影控制刀具控制点的运动。下面将讨论各种多曲面连续加工的走刀方式和切削方向的选择方法。（1）平行截面刀具运动轨迹对平行截面刀具运动轨迹而言, 导动线是由一系列在给定平面上且相互平行的直线段组成, 它们之间偏移一个距离。其生成多曲面连续加工刀具运动轨迹的原理如下:a . 求出所有待加工曲面的刀具控制点的包络面。b. 对这些包络面进行延伸或修剪处理,使相邻的包络面具有公共的边界曲线。c . 定义一适当位置的平面和合理的切削间距, 生成一组相互平行且偏距为间距的平面。求出这些平面与包络面的交线, 这些曲线就是加工一组曲面所需的理论刀具运动轨迹。在平行截面刀具运动轨迹生成中, 合理地选择切削方向是很重要的, 选择是否合理将影响模具的加工效率。选择最佳的切削方向,不仅能提高模具的表面加工质量,而且也能大大地提高模具的加工效率。如果在模具数控编程中, 切削加工方向与被加工数控加工中刀具路径的应用研究12零件的某一铅垂面平行,那么,为了保证铅垂面的加工精度, 在该区域的某些部分的刀具运动轨迹就会非常密(如图 2-7) , 从而影响加工效率。因此在编制零件的数控加工程序时, 应对零件上铅垂或近似铅垂表面, 在设置切削加工方向时,避免与这些表面平行,使切削加工方向与所有铅垂面成某一角度, 使生成的刀具运动轨迹均匀、整齐且可靠(如图 2-8) 。图 2-7 图 2-8（2）放射状刀具运动特点对放射状刀具运动轨迹来说, 控制刀具控制点运动的导动线由一系列直线段组成,这些直线段是通过基点且在一定半径的圆周上偏移给定的距离放射而成的。这种加工方式适合于主体形状为放射状零件的粗、精加工。(3)插值型刀具运动轨迹该加工方式是通过如下方法来定义控制刀具控制点运动的导动线: 定义初始曲线和终止曲线, 并在这两条曲线间生成一系列均匀过渡的中间插值曲线, 这些曲线就是用于控制刀具控制点运动的导动的导动线, 初始曲线和终止曲线之间的区域就决定了插值加工方式的多曲面连续加工的范围。初始曲线定义了刀具运动轨迹的最初刀具运动方向;而终止曲线定义了刀具运动轨迹的最终刀具运动方向。图 2-9 是主体形状为旋转体零件的刀具运动轨迹。图 2-92.4 本章小结本章小结本章主要从零件形状尺寸的方面对刀具路径的选择进行了分析，在选取刀具路径第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择选择13时，应考虑到零件是属于哪种形状类型的：1.平面孔系类零件2.旋转体类零件3.平面轮廓零件4.立体轮廓零件数控加工中刀具路径的应用研究14第三章第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究刀具路径在高速铣削中的应用研究为了适应动态多变的全球化市场的激烈竞争, 制造企业必须快速响应市场的需求, 这驱使制造加工技术朝着快速、低耗、优质和高精度的方向发展。在这一过程中, 高速切削加工技术将发挥关健的作用。由于高速切削是在比常规切削速度高出很多的情况下进行切削加工, 因此, 对走刀路径提出了新的要求。3.1 高速切削技术及其刀具路径高速切削技术及其刀具路径3.1.1 高速切削技术发展现状与优点自德国切削物理学家 Carl Salomon 博士于年发表了著名的超高速切削理论, 所罗门原理于 1931 年申请德国专利以来, 高速切削技术的发展历经了理论探索阶段、应用探索阶段、初步应用阶段和较成熟应用等四个阶段。特别是 20 世纪 80 年代后, 各工业发达国家相继投人大量的人力、物力、财力研究开发高速切削设备及相关技术, 发展日新月异。近几年, 随着科学技术的突飞猛进, 使高速切削（HSM-High Speed Machining）技术以其高效率、高质量应用于航天、航空、汽车、模具和机床等行业中, 各种切削方式、各种材料几乎无所不能。实践证明, 高速切削具有一系列显著优点:（1）加工效率高。随着切削速度的大幅度的提高, 进给速度也相应提高 5-10 倍。这样一来, 单位时间内材料切除率可大大增加, 可达到常规的 3-6 倍, 甚至更高, 加工成本可降低 20%-40%。（2）刀具切削状况好, 切削力小。由于切削速度高, 吃刀量很小, 剪切变形区窄, 变形系数减小, 切削力降低大概 30%-90%。同时, 由于切削力小, 让刀也小, 提高了加工质量。(3)刀具和工件受热影响小。切削产生的 95%-98%热量来不及给工件, 被高速流出的切屑所带走, 故工件和刀具热变形小, 有效地提高了加工精度。(4)工件表面质量好。由于切削线速度高, 机床激振频率远高于工艺系统的固有频率, 因而工艺系统振动很小, 加工中鳞刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制, 加工表面质量可提高 1-2 级。(5)可完成硬质材料和硬度高达 HRC45-62 淬硬钢的加工。如高速切削加工淬硬后的模具, 可减少甚至取代放电加工和磨削加工, 满足加工质量的要求, 加快产品开发周期, 大大降低制造成本。(6)高速切削刀具热硬性好, 且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走, 可进行高速干切削, 不用冷却液, 减少了对环境的污染, 能实现绿色加工。3.1.2 高速削刀具路径的确定高速切削机床只有具备合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。为了消除切第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究15削过程中切削负荷的突变, 刀具路径应满足以下基本要衷切削是等体积切削, 即切削过程中切削力要恒定光滑的刀具运动尽量减少空行程尽量减少进给速度的损失。1.通用的刀具路径(1)初加工时, 要使用 50-100 的螺旋进刀方式, 半精加工和精加工时, 要使用圆弧进刀, 使刀具逐渐切人零件, 以保证切削力不发生突变, 延长刀具寿命。切削速度的连续和无突变, 使切削连续平稳, 否则, 将产生冲击。(2)切削时使用顺铣使切削过程稳定, 不易过切, 刀具磨损小, 表面质量好。(3)采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑顺畅。(4)无切削方向突变, 刀具轨迹是无尖角的, 普通加工轨迹的尖角处用圈弧或其他曲线来取代从而保证切削方向是逐渐变化的而不是突变的(5)采用等高线轨迹, 加工余均匀的走刀路线可取得好的效果。采用等高线法的刀具轨迹, 刀具沿 X 或 Y 轴方向平动, 完成金属的切除, 这样可保证高速加工中切削余均匀, 对加工稳定, 尤其是刀具寿命的延长有利(6)要进行刀具路径优化, 在加工过程中可能会有很多的进刀和退刀, 故要进行刀具路径优化。2.常用粗加工刀具路径(1)Z 向等高线层切法, 即将零件分成若干层, 一层一层逐层往下切, 在每层中将零件的所有区域加工完再进入下一层, 在每一层采用螺旋或回弧进刀, 同时采用无尖角刀具轨迹这样有利于排屑, 也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说, 更应采用这种刀具轨迹, 因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁保持较好的刚性（2）插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行, 因为腔体很深时, 需要很长的刀具, 这时刀具的刚性很差, 按常规的切削路线, 切削刀具易变形, 而且也易产生振动, 影响加工质和效率, 采用插铣的轨迹正好可解决这一问题。（3）摆线刀具路径。 “ 摆线” 是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时, 回上某一固定点的运行轨迹采用这刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线（一般是零件的轮廓线及其平移线）保持一个恒定的半径, 从而可使进给速度在加工过程中可保持不变, 而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的 5%左右,因此刀具的冷却条件良好, 刀具的寿命较长这对高速加工是非常有利的。3.常用精加工刀具路径(1)先在陡峭面用 Z 向等高线层切法加工, 然后在陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工。(2)先用表面轮廓轨迹法加工所有面, 再在垂直方向上加工陡峭面。(3)薄壁件的精加工采用向等高线层切法当然在加工过程中同样每一层都要尽作到螺旋或圆弧进刀, 采用无尖角刀具轨迹。数控加工中刀具路径的应用研究163.2 高速铣削时生成刀具路径的优化策略高速铣削时生成刀具路径的优化策略高速铣削时机床主轴转速高达 8000 30000rpm,进给速度在 36 m /min 左右。加工中能否使机床及刀具保持恒定的切削负荷非常重要。虽然现在某些数控机床可以部分实现在加工中的切削负荷的自适应,但刀具路径的不合理编排也会产生对机床及刀具较大的惯性冲击,这种冲击对机床的主轴也是非常不利的,会影响主轴等零件的寿命。因此对高速铣削的编程要非常仔细,它要求 CAM 软件能提供新的刀具切入方式,使刀具在不同的切削形式下与被切削材料保持相对恒定的接触状态。另外,还应选择合适的刀具进给和切削深度等参数。这些工艺方案必须符合高速切削的实际要求。3.2.1 高速铣削编程时需要注意的几个原则(1)高进给、高转速、低切削量是基本原则。(2)垂直进刀要尽量使用螺旋进给,应避免垂直下刀,因为这样会降低切削速度,同时会在零件表面上留下很多刀痕。(3)要尽一切可能保证刀具运动路径的光滑与平稳,程序中走刀不能拐硬弯,要尽可能地减少任何切削方向的突然变化,从而尽量减少切削速度的降低。(4)要尽量减少全刀宽切削,保持金属切除率的稳定性。(5)最好使用顺铣,且在切入和切出工件时,使用圆弧切入和切出方法来切入或离开工件; 如果数控系统支持,最好采用 NURBS 输出,以减小程序量,提高数控系统的处理速度。(6)出于安全考虑,在输出程序前需进行仔细的碰撞和过切检查。3.2.2 高速铣削时刀具路径生成的策略基于高速铣削技术的飞速发展,目前绝大多数 CAM 软件都提供了对高速铣削的支持,下面就以各软件普遍具有的功能进行说明。在用球头铣刀加工三维曲面工件时,刀具的实际加工直径是随轴向进给量或刃口接触点而变化的。高速铣削机床的高转速主轴和高进给速度,要求尽量采用小的进给量和小的切削深度,且随着三维曲面的变化,刀具刃口的实际接触点是在不断变化的,直径过大的球头铣刀的加工直径与名义直径相差太大,切削速度不好匹配,不容易获得较高的表面质量。因此,为了保持刀具的最佳切削速度及切削性能并获得最佳加工表面,最好的办法是在刀具的刚性可以克服切削力的情况下采用直径尽可能小的刀具。选定刀具后就是刀具路径的合理设置了,在设置刀具路径时要依据以上所提到的一些原则,主要的解决方法是附加合理的圆弧转接,下面以几个实例来说明高速铣削时的加工策略。(1)在相邻的两行切刀具路径间附加圆滑刀具路径转接:第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究17图 3-1刀具的切入切出与相邻行切刀路间的圆滑连接示意图如图 3-1 所示,在使用软件所提供的刀具路径光顺化设置后,相邻行切刀具路径中的行间移刀中自动附加了圆滑的转接(图 3-1 中处所示) 。另外,经过一定的设置,在图 3-1 中处又附加了圆滑的刀具切入及切出转接。这样,既保证了刀具路径的平滑又有效地避免了两行切间的拐硬弯现象,使刀路平滑地转接到下一行去了,此种转接方法普遍使用在各种曲面铣削方法中。(2)在相邻的两层切削刀具路径间附加圆滑刀具路径转接:在曲面等高切削等涉及到相邻两层切削刀路间的移刀情况出现时,最有效的方法是附加圆滑刀具转接。如图 3-2 中处所示,两层间的刀路圆弧转接既有效地解决了刀具路径平滑的要求,又符合螺旋下刀减少切削阻力的问题。另外,如图 3-2 中处所示,附加的圆弧使切入、切出工件时是沿着切线方向切入切出的,这样也起到了均匀切削负荷作用。数控加工中刀具路径的应用研究18图 3-2相邻两层刀路间的圆滑连接示意图(3)利用摆线切削避免全刃径切削:如图 3-3 中处所示,在曲面切槽加工中,当用螺旋下刀切入工件后,正确的方法是利用摆线切削摆动前进切开一道或两道通槽,而不是直接直线走刀切削通槽,在通槽切削出来后,再使用直线走刀进行切削。这样就有效地避免了全刀宽的前进切削,使得整个曲面切槽加工的每刀的切削负荷更加平均了。另外如图 3-3 中处所示,在转弯处也增加了摆线接近和附加圆弧转角,使得刀路更加平滑化了。图 3-3摆线切削加工通槽示意图(4)当遇到圆形或近似圆形的槽时,摆线切削路径的空切削将会很多,这时可以采用如图 3-4 所示的螺旋线切削路径,螺旋线路径也有效的避免了全刀宽的切削。第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究19图 3-4螺旋线切削加工圆形槽示意图(5)使用有效的螺旋下刀切入工件:如图 3-5 中处所示,当刀具切入工件时使用螺旋下刀平滑地切入到工件中去。另外,还应该为螺旋直径设定一定的变化范围。当下刀位置不够螺旋直径时,系统会自动的减小下刀时螺旋的直径,直到能够下刀为止(图 3-5 中处) 。但螺旋的直径也不能无限制的减小,要受到下限值的限制。当螺旋直径太小时,就近似地为直线下刀了,此时要设定为采用斜坡下刀方式解决,而且最好使用一个斜坡就下到尺寸处,来回的斜坡加工会产生很剧烈的硬拐弯。图 3-5下刀螺旋直径变化及行间刀路摆线示意图以上这些设定不是独立存在的,往往是相互交叉的。要有效地实现高速铣削,还应该综合考虑,要做到合理使用。如图 3-1 的方法在刀具行间距较大时可以使用,当精铣时两行间距太小时,即使附加圆弧转接也会因圆弧直径太小而近似为直线转接,此时要使用到如图 3-5 中处所示的行间摆线横越,或是变更铣削方法,使用从中间摆线铣进,从中间往两边分开环剥铣削,以增加两行间距的方法。如图 3-2 所示的方法在多岛曲面数控加工中刀具路径的应用研究20铣削时会遇到附加圆弧空间距离不够的情况,此时就要变更方法,使用随动铣削,在相对较平坦的一边曲面上附加跟随曲面变化的沿层间下降的曲线或直线,这样也可以平滑地过渡到下一铣削层中去。在使用摆线开槽,直线铣进的曲面切槽中,当槽轮廓不规则,存在多处锐角时,就应该采用全部摆线铣削的方法。3.2.3 高速铣削程序后置处理时优化除了合理设置刀具路径外,在高速铣削后置输出为高速铣用程序前还应该对刀路及切削参数进行一定的优化处理。具体包括进给率平顺化、转弯处的减速、碰撞过切检测、材料切除率均匀化检测等优化措施。在刀具路径设置时给出了基础的切削进给速度,曲面加工时产生的刀具路径很多,每一步骤的刀路都有相应的切削速度,一般设定为当进给率的变化小于 10%时,将几个相邻的不同进给率合并成一个,这样机床切削过程中要相对平稳一些。当转弯前后的两条刀路间的夹角为锐角时,要设定在转弯处的切削进给率, CAM 系统会在转弯前后的一定距离内将切削路径分为几段,并且对各段赋于不同的切削进给率,使之达到在转弯前由正常切削进给率降到转角所设定的切削进给率,转过弯后又逐渐加速到正常切削进给率的效果。高速铣削进给非常快,所以碰撞检查极其重要,要逐个解决系统提示的可能的碰撞。又由于高速铣削附加的刀具路径太多,如果在设置加工平面、检测平面、切削边界、加工方法等各项时未协调好,就很容易出现过切现象,所以也应进行精心的过切检测,在输出程序前仔细地排除掉系统检测到的过切刀路。为了使刀具具有较恒定的切削负荷,在后置处理前还要进行材料切除率的优化设定。当某一刀路切除率高时就会适当地降低切削进给率,反之适当地增加切削进给率,空切时加大到机床的最大进给率,这样可以有效地均匀切削负荷。3.3 高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择由于淬硬钢在高温具有耐磨性能和保持高强度的能力, 因此常用于各种型腔模和冲压模具零部件的制造, 这些模具包括压铸模、锻模、塑料注射模、挤压模具等, 并广泛应用于汽车、航空、以及电子等领域。在加工淬硬钢时, 选择切削刀具、切削刀具路径方案和加工工艺参数, 对总加工效率和工艺过程的可靠性影响非常关键。在加工淬硬钢时, 关于切削刀具的几何形状, 许多文献中已有报道。当铣削钢的硬度在 4246HRC 时, 使用未经涂履微晶粒碳化物或球形端铣刀, 刀具的寿命取决于切削速度。Minamino 则认为在高速铣削淬硬钢 SKD61 ( SKD61 为日本 JIS 合金工具钢牌号,相当于我国 GB1299 中 4Cr5MoSiV1 牌号和美国钢铁学会 AISIH13 牌号的合金工具钢) 时, 刀具倾角的影响较大。第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究21通常切削力随进给率、刀具磨损量、切削长度和切削深度的增大而增大。研究还表明, 切削速度增加而切削力减小。原因主要是由于在剪切区域内切削温度增加, 工件材料的屈服强度降低, 切削厚度和刀具与切屑接触长度降低。当高速铣削淬硬的AISIH13 合金工具钢时, 使用磨损过的刀具比新刀具切削力要大, 这主要是由于切削力增加大而引起。由于作用在工件上的切削刀具具有较大的侧面磨损, 使接触面增大。当切削 AISIE52100 铬轴承钢( 相当于 GB3205 中的 GCr15 钢) 时, 发现切削力主要用于增大刀具侧面的磨损, 减小切屑的形成。目前, 在高速精铣削淬硬钢时, 对选择切削路径方案进行了比较多的研究。然而, 关于在高速粗铣削淬硬钢时, 以获得高的切屑去除量, 缩短切削时间的研究还比较少, 而这又是很有价值的指标。不过, 有关高速精铣削加工零件表面形状时, 选择刀具路径方案的研究已有所报道。因此, 本文目标是对在高速粗铣削淬硬的 AISIH13 钢时, 在缩短切削时间的情况下,获得高的金属去除量, 采用高轴向切削深度( 10mm切削的轴向深度20mm) 加工的可能性进行了研究。3.3.1 实验过程1 工件材料和刀具用于切削试验的材料为淬硬 AISIH13 热作工具钢, 其化学成分分别是 0.38%C, 1.00%Si, 0.35%Mn,5.00%Cr, 1.30%Mo, 1.00%V, 0.03%P、S, 其余为 Fe。硬度测量采用便携式硬度测试仪, 以确保得到标准的硬度为 52HRC。工件材料采用电火花线切割加工成具有 120mm120mm90mm 的块状尺寸, 每一块的表面都经过磨削, 以保证其平整度。在这项试验中, 采用六槽超细晶粒 VC-MDRB 角半径端铣刀, 且刀具涂有厚度约为 2.5m 的单层(Al,Ti)N 薄膜, 刀具直径为!10mm, 螺旋角 45, 径向倾角- 14。2 试验设备和装置全部的切削试验是在立式高速加工中心上完成。加工中心具有 20020000 转/min 连续可调节转速和 15kW 的最大轴向动力, 进给速度可以达到 15m/min。全部的切削加工试验是在干切状态下进行的。此外, 在切削区域内, 采用高压空气通过喷嘴直接鼓入的方式, 对所有的加工试验进行散热。试验中普遍使用 40mm 悬空刀具, 采用具有0.001mm 分辨率的指示表刻度盘检查全部刀具, 优先加工以确保刀具留出至少 10m。采用放大倍数为 30, 具有 0.001mm 分辨率的刀具制造显微镜, 测量刀具的磨损量。全部切削力测量是用三组元压电平台式测力计测量, 并且是在干态下完成。测力计的谐振频率在 X 轴、Y 轴为 2.3kHz, 在 Z 轴为 3.5kHz, 并将测力计连接到一系列的电量放大器上, 依次被连接到具有最大 200M 脉冲/S 的 4 踪示波器上。使用前对整个系统进行校对和检查, 以便从示波器上下载切削力数据, 并将切削力的符号信息存贮到一个软盘上, 切削力数据分析的后处理采用专用的软件来完成。切屑表面温度用 880 红外线测量系统进行测量。数控加工中刀具路径的应用研究223 试验过程当粗铣削加工淬硬 AISIH13 合金工具钢时, 选择高轴向切削深度, 对相关的刀具寿命、切削时间、金属去除量、切削力、振动分析和切屑表面温度进行了测量与研究。在工业上铣削加工通常采用的三种不同刀具路径方案, 它们分别是环形切削、往复行切削和单向行切削刀具路径方案, 如图 3-6 所示。( a) ( b) ( c)图 3-6 刀具路径方案a环切刀具路径方案 b往复行切刀具路径方案c单向行切刀具路径方案切削加工的基本参数如下: 切削速度 Vc=314m/min ( 10000rpm) , 每齿进给量0.0667mm/齿( 4000mm/min) , 轴向切削深度 Ad 分别为 20mm、15mm、10mm,切削的径向深度 Rd 为 0.5mm, 测量最大的侧面磨损量, 所要求的最大侧面磨损宽度达到0.3mm。选择和测量其中一个侧面磨损量最大的刀刃, 对全部六个切削刀刃进行评价。3.3.2 结果与讨论图 3-7 描述了采用往复行切刀具路径方案加工时的刀具寿命最高; 其次是单向行切刀具路径方案; 通常采用环切刀具路径方案时, 其刀具的寿命最低, 而且刀刃越锋利刀具寿命也越短。这种情况发生在刀具切入和正常加工的条件下, 特别是在工件中段进给条件下尤为严重。当刀具在工件上停止时, 产生较大的冲击力, 是引起刀具寿命降低的主要原因。由于突然增加切屑的体积, 在工件中段执行进给会导致因切削力增大而引起过度振动。第三章刀具路径在高速铣削中的应用研究23图 3-7 采用 314m/min 切削速度和 0.5mm 径向切削深度,在最大侧面磨损为 0.3mm 标准刀具寿命时, 刀具路径方案对轴向切削深度的影响.同时，选用往复行切刀具路径方案, 切削速度增大而刀具寿命降低。当选用单向行切和环切方案时, 切削速度的变化试验不可能完成,原因是研究已经表明增大切削速度, 会使刀具的寿命受到损坏。当切削速度增加时, 每秒钟转数增加, 这意味着在较高切削速度情况下, 刀具和工件之间的接触时间延长。同时也意味着在刀具和工件间的接触区域热源增加, 引起相关刀具热磨损。对加工淬硬 AISIE52100 铬轴承钢进行研究表明, 在较高切削速度情况下, 切削温度呈现出指数规律增加。用工具制造显微镜进行光学观察表明, 所用刀具当切削速度在 400m/min 比在 314m/min 时其侧面具有更大的沟槽磨损现象。事实证明, 切削速度提高, 则切削力减小。由于较高的应变率和能量输入, 依次降低工件材料的屈服强度, 而在剪切区域内使得切削温度增加。同时, 也在刀具和切屑界面引起较低摩擦, 高的剪切角发生在高切削速度产生薄切屑情况下, 使切削力降低。在较高轴向切削深度, 采用往复行切方案给出了最好的刀具寿命。事实上, 研究已经表明采用逆铣削时, 粗略估计刀具的平均寿命比顺铣削时提高 15%。研究还表明, 采用已经磨损的刀具进行顺铣削时, 切削分力 Fy 比 Fx 增大七倍。由此可以推断, 在切削的轴向深度对刀具条件进行统计分析显示, 动态切削力 Fy 和 Fz 对刀具磨损比较敏感。因此, 所有的因素和它对动态 Fy 分力的相互影响程度在 5%范围内。由于这个原因, 动态分力 Fy 对切削条件的变化最为敏感是显而已见。采用逆铣削时, 在10005000Hz 频率范围内产生振动峰值已经不是很重要。因此, 采用往复行切刀具路径方案( 按逆铣削、顺铣削顺序) 将有效地转换为更好的刀具寿命。在轴向切削深度, 与顺铣相比, 逆铣削的振幅较低。使用红外线显示分析仪测量温度也表明, 在切削轴向深度, 切屑表面产生的温度一般情况下逆铣削比顺铣削低 3%8%。3.3.3 研究结果采用选择刀具路径方案进行高速粗铣削加工合金工具钢时, 是比较容易提高去除金属体积的有效方法, 同时还可以使切削时间缩短。特别是采用往复行切刀具路径方案, 在各种轴向切削深度情况下, 刀具寿命最长。研究还发现在各种轴向切削深度, 采用环切刀具路径方案, 刀具寿命最短。这主要是由于过分的振动所引起的, 原因是由于增加了切削力, 在刀具路径变化方向和进给时, 切削体积突然增加的缘故。当采用往复行切刀具路径方案时, 尽管它具有较高的金属体积去除率, 但认为切削速度高, 刀具寿命缩短。最终得到的结论是在确定的各种轴向切削深度条件下, 选用往复行切刀具路径方案最为合适, 从而使刀具寿命长, 金属体积去除量高, 切削时间短, 金属体积去除率高。数控加工中刀具路径的应用研究243.4 本章小结本章小结在数控编程时刀具路径的优化是非常必要的, 对不同形状的零件及不同的加工过程采用不同的刀具轨迹, 螺旋或圆弧进刀、切削速度的连续和无突变以及无尖角刀具轨迹应尽量采用, 以保证切削过程的平稳、快速。这样，才能使高速切削技术会随着技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础25第四章第四章 UG CAM 刀具路径创建应用基础刀具路径创建应用基础4.1 初始化加工环境初始化加工环境选取【起始】/【加工】选项，进入【加工环境】对话框，如图 3-1。图 4-1 【加工环境】对话框4.1.1 选择加工配置文件选择的配置相应地确定了可用的加工类型、车间文件(shop Documentation)、后置处理(post Processing)和刀具位置源文件(CLS)的输出格式。通过选择配置，用户可将操作类型图标限制到一个合理的数量，以满足给定加工几何对象生成 NC 程序时的需要。4.1.2 选择模板零件选择的模板零件将决定加工环境初始化后可以选用的操作类型，也决定在生成Programs(程序)、Tool(刀具)、Method(方法)和 Geometry(几何)时可选择的父节点类型。4.1.3 初始化加工环境4.2 操作导航器操作导航器4.2.1 操作导航器视图数控加工中刀具路径的应用研究26操作导航器可以显示 4 种视图，分别是程序顺序视图、加工方法视图、几何视图和机床刀具视图。1. 程序次序视图该视图按刀具路径的执行顺序列出当前零件中的所有操作，显示每个操作所属的程序组和每个操作在机床上执行的顺序，各操作的排列顺序确定了后置处理的顺序和生成刀具位置文件的顺序。如下图：图 4-2 程序视图2. 加工方法视图该视图中列出当前零件中存在的加工方法（如粗加工、半精加工和精加工等），以及使用这些加工方法的操作名称。下图为一加工方法视图，加工方法有MillRough(粗铣)、MillSemiFinish(半精铣)和 MillFinish（精铣）。图 4-3 加工方法视图3. 几何体视图该视图中列出当前零件中存在的几何组和坐标系，以及使用这些几何组和坐标系的操作名称。见下图：第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础27图 4-4 几何体视图4. 刀具视图该视图用切削刀具来组织各个操作，其中列出了当前零件中存在的各种刀具，以及使用这些刀具的操作名称。如下图：图 4-5 刀具视图4.2.2 参数继承关系从操作导航器中显示的内容可看出，在加工应用中用户不必每个操作分别指定参数，可以指定一组参数作为共享参数供各种操作使用。同时，根据操作和组在操作导航器中相对位置的不同，一个组中的参数可以向另一组或操作传递，同时也可以从包含它们的高一级组中继承参数，高一级组称为“父组” 。子组继承父组的参数，父组的改变会影响子组。同一父组下的子组间为平等关系，相互间没有影响。在操作导航器中，组和操作的位置可通过剪切与粘贴，以及直接拖动来改变。当一个组或操作被粘贴到某个组中时，则参数继承关系随之发生变化，会继承新组中的所有参数。4.3 创建几何创建几何创建几何主要是在零件上定义要加工的几何对象和指定零件在机床上的加工方位，包括定义加工坐标系、工件、边界和切削区域等，创建几何建立的几何对象可指定为相关操作的加工对象。实际上，在各加工类型的操作对话框中，也可用几何图标指定操作的加工对象。但是在操作对话框中指定的加工对象，只能为本操作使用。而用创建几何创建的几何对象可以在多个操作中使用，不需要在各操作中分别指定。下图为【创建几何体】对话框。数控加工中刀具路径的应用研究28 图 4-6 创建几何体图 4-7 创建加工坐标系4.3.1 创建加工坐标系1.加工坐标系加工坐标系是所有后续刀具路径各坐标点的基准位置，在刀具路径中所有坐标点的坐标位置相对于加工坐标系。如果移动加工坐标系，则重新确立后续刀具路径输出坐标点的基准位置。视图中用 XM、YM、ZM 表示。见图 4-7。2.参考坐标系当加工区域从零件的一部分转移到另一部分时，参考坐标系用于定位非模型几何参数（如起刀点、返回点、刀轴的矢量方向和安全平面等），在视图中用 XR、YR、ZR表示。4.3.2 创建铣削几何在平面铣和型腔铣中铣削几何用于定义加工时的零件几何、毛坯几何和检查几何，在固定铣和变轴铣中用于定义要加工的轮廓表面。第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础29图 4-8 创建几何体4.3.3 创建铣削边界边界用于定义刀具的切削区域，在平面铣和变轴铣中需要用边界定义刀具的切削区域，在型腔铣中也可用边界定义切削区域。刀具切削区域既可用单个边界定义，也可用合成边界来定义。虽然在各种加工类型中边界的定义和使用方法有所差别，但是它们还是具有某些共同的特性。可定义的边界类型有零件边界、毛坯边界、检查边界、修剪边界与底面。如图：图 4-9 创建铣削边界4.3.4 创建铣削区域铣削区域用于创建固定轴铣或变轴铣操作，该对话框中的图标和选项用于选择、编辑和显示零件几何、检查几何、切削区域与裁剪边界。如图：图 4-10 创建铣削区域数控加工中刀具路径的应用研究304.4 创建刀具创建刀具在加工过程中，刀具用于从工件上切除多余的材料。在建立铣削、车削和点位加工操作时，必须创建刀具或从刀具库中选择马具。创建和选择刀具时，应考虑加工类型、加工表面的形状和加工部位的尺寸大小等因素。由于不同模板零件包含的刀具模板不同，因此随所选加工类型的不同，【创建刀具组】对话框中显示的刀具图标会有所差别。如图所示。在【类型】下拉列表框中选择不同模板零件时，对话框的【子类型】列表框中显示不同的刀具图标。图 4-11 创建刀具4.5 创建加工方法创建加工方法在加工零件过程中，为保证加工精度，往往需要进行粗精加工。创建加工方法是为粗加工、半精加工和精加工指定统一的加工公差、加工余量和进给量等参数。在建立各加工操作时，可以引用已经创建的加工方法。当修改加工方法中某个参数时，相关操作自动更新。在各操作对话框中，相关选项（余量、进给和显示等）完成与创建加工方法相同的功能，但设置的参数只对当前操作起作用。4.5.1 设置加工余量和公差如图所示：图 4-12 创建加工方法第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础31【MILL-METHOD】对话框中的选项说明如下。（1）【部件余量】文本框：部件余量为当前所创建的加工方法指定零件余量，零件余量是零件加工后没有切除的材料量。这些材料在后续加工操作中被切除，余量的大小应根据加工精度要求的高低来确定。如果是最终加工工序，则零件余量为 0。引用该加工方法的所有操作都具有相同的零件余量。（2）【内公差】文本框：内外公差定义了刀具在加工过程中偏离零件表面的最大距离，指定的值越小，则加工的精度越高。内公差限制刀具在加工过程中的越过零件表面的最大过切量。（3）【切出公差】文本框：切出公差限制刀具在切削过程中没有切至零件表面是最大间隙量。（4）【切削方式：End MILLING】按钮：单击该按钮，弹出如图所示的【搜索结果】对话框。其中列出了各种加工方法，可指定一种加工方法。图 4-13 【搜索结果】对话框4.5.2 设置进给量为保证零件表面的加工质量和一定生产率，在一个刀具路径中一般存在有多种刀具运动类型，如快进、快退、进刀、退刀和正常切削等。不同的刀具运动类型，其进给速度不同。进给量有两种单位，即公制单位和英制单位。使用公制单位时，进给速度可设置为“毫米/分钟”和“毫米/转” 。其中的【进给和速度】对话框如图所示。数控加工中刀具路径的应用研究32图 4-14 设置进给量其中列出了每种刀具运动类型当前设置的进给速度和所使用的速度单位。随所选加工类型的不同，该对话框中显示的选项可能有所差别。下图为进给速度参数的关系。图 4-15 进给速度参数的关系【进给和速度】对话框中如下选项组和下拉列表框的作用：（1）快速：用于设置快进速度。即刀具从初始点(From Point)到下一个前进点(Goto Point)的移动速度。当速度单位设置为无时，系统将不设置速度单位。如果第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础33快进速度设置为 o，则在刀具位置源文件中自动插一个 Rapid 命令，后置处理时将产生G00 快进指令。(2)逼近：用于设置接近速度，即刀具从起刀点(Start Point)到进刀点(Engage Point)的进给速度。当在平面铣和型腔铣中进行多层切削时，接近速度控制刀具从一个切削层到下一个切削层的移动速度。在表面轮廓铣中，接近速度是刀具作进刀运动前的进给速度。在钻孔和车槽中，当接近速度入零时，如果最小间隙为 0，则刀具按进给速度移动；否则按快进速度移动。在其他加工模块中，当接近速度为 0 时，如果已指定进刀方法，则刀具按进刀速度移动；否则按快进速度移动。(3)进刀：用于设置进刀速度，即刀具切入零件时的进给速度，它是刀具从进刀点到初始切削位置的移动速度。如果该速度设置为 0，则刀具按正常的进给速度切入零件。(4)第一刀切削：设置第一刀切削的进给量。(5)步进：设置刀具进行下一次平行切削时的横向进给量，即通常所说的铣削宽度。该选项只适合于用 Zig-Zag 切削方式的加工类型。（6）剪切：设置刀具在切削零件过程中的进给速度，即进给量。（7）横进：设置刀具从一个加工区域跨越到另一个加工区域作水平非切削运动时刀具移动的速度。刀具做跨越移动时首先提升到安全平面，然后横向移动，主要是防止刀具在移动过程中与工件相碰。（8）退刀：用于设置退刀速度，即刀具切出零件时的进给速度，是刀具从最终切削位置到退刀点间的刀具移动速度。（9）分离：设置离开速度，即刀具从加工部位退出时的移动速度。在钻孔和车槽时，离开速度影响表面粗糙度。因为刀具从里向外做退出运动时，对加工表面有修整作用。（10）返回：设置返回速度，即回到返回点的移动速度。如果返回速度为 0，则按快进速度返回。（11）设置非切削单位：设置所有非切削运动的进给量单位。（12）设置切削单位：设置所有切削运动的进给量单位。4.6 创建程序创建程序程序用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。比如，一个复杂零件如果需要在不同机床上完成各表面的加工，则应该把同一机床上加工的操作组合成程序组，以便刀具路径的后置处理。合理地将各操作组成一个程序组，可在一次后置处理中按选择程序组的顺序输出多个操作。在操作导航器的程序次序视图中，显示每个操数控加工中刀具路径的应用研究34作所需的程序组及各操作在机床上的执行顺序。【创建程序】对话框如图所示。图 4-16 创建程序在【父本组】下拉列表框中选择的父组决定了新建程序组与已存在的程序组的从属关系，程序的组织主要是通过选择合适的父本组来实现。如果在【名称】文本框中未指定新程序组名称，系统则用默认名称作为程序组名称。如果零件包含的操作不多且都能在同一机床上完成，也可不创建程序组，而直接使用模板提供的默认程序组。4.7 创建操作创建操作用户在根据零件加工要求建立程序、几何、刀具和加工方法后，可在指定程序组下用合适的刀具对己建立的几何对象用合适的加工方法建立加工操作。当然用户在没有建立程序、几何对象、刀具和加工方法的情况下，也可以通过引用模板提供的默认对象创建加工操作，但进入操作对话框后需要选择几何对象、刀具和加工方法。如图所示为【创建操作】对话框。由于不同的模板零件包含的操作模板不同，因此在【类型】下拉列表框中选择不同加工类型的模板零件时，【子类型】列表框中会显示所选模板零件包含的操作模板。第四章UG CAM 刀具路径创建应用基础35 图 4-17 创建操作图 4-18 选择子类型把相应的选项设置好后，便可进行零件的仿真加工了。4.8 本章小结本章小结本章主要对创建加工方法、刀具、几何体、操作以及相关选项的作用进行了一定的了解，即在 UG CAM 中如何正确地创建零件的刀具路径。数控加工中刀具路径的应用研究36第五章第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究减速箱部分零件刀具路径的应用研究5.1 减速箱端盖加工刀具路径的应用研究减速箱端盖加工刀具路径的应用研究如图 5-1，加工减速箱低速轴端盖，创建的毛坯是“来自部件的偏置”为 1.5mm 的毛坯几何体。图 5-1端盖示意图5.1.1 确定端盖数控加工的平面和孔在减速箱中，端盖需要与其它零件相配合的平面有：（1）与轴承端面相配合的端盖上表面，其配合精度的高低会影响到减速箱在运行过程中轴向方向的振动程度，即图 5-1 中表面二；第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究37（2）与箱体轴承座端面相配合的端盖内表面，其配合精度的高低会关系到端盖与箱体之间的密封情况，即图 5-1 中表面一。（3）端盖外侧的孔加工，即图 5-1 中的 68 孔。5.1.2 确定走刀路线和安排加工顺序（1）寻求最短的加工路径经分析，最短的孔加工路径如下：图 5-2加工路径示意图(2)确定走刀方式（a） (b) (c)图 5-3走刀方式示意图(a)单向行切刀具路径方案;(b)往复行切刀具路径方案;(c)环切刀具路径方案由于用行切方式加工外圆柱面的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓，而单向行切刀具路径和往复行切刀具路径都不能做到，故选择环切刀具路径方案。（3）选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件数控加工中刀具路径的应用研究38表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如图 5-4 所示。图 5-4刀具切入和切出时的外延(4).安排加工顺序综合各方面的因素，加工顺序的安排如下：加工表面一加工表面二钻孔加工5.1.3 确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。5.1.4 确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究39度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在 100200mm/min 范围内选取。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min 范围内选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 2050mm/min范围内选取。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。表 5-1 切削用量的选取（高速钢立铣刀、粗铣）：工件铸铁铝钢转速(r/min) 进给速度(mm/min) 转速(r/min) 进给速度(mm/min) 转速(r/min) 进给速度(mm/min) 刀具直径(mm) 刀槽数切削速度( m/min) 每齿进给量(mm/齿) 切削速度( m/min) 每齿进给量(mm/齿) 切削速度( m/min) 每齿进给量(mm/齿) 1100 115 5000 500 1000 100 8 2 28 0.05 126 0.05 25 0.05 900 110 4100 490 820 82 10 2 28 0.06 129 0.06 26 0.05 770 105 3450 470 690 84 12 2 29 0.07 130 0.07 26 0.06 660 100 3000 440 600 80 14 2 29 0.07 132 0.07 26 0.07 600 94 2650 420 530 76 16 2 30 0.08 133 0.08 27 0.07 数控加工中刀具路径的应用研究40综合分析以上各方面的内容以及端盖的材料选择，确定加工过程中不同加工类型的主轴转速、进给速度及切削深度如下:表 5-2 主轴转速、进给速度及切削深度的选择加工类型主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)切削深度（mm）粗铣加工750110-19.5精铣加工30070-20钻孔7001005.1.5 制订数控加工技术文件1.数控加工工序卡片表 5-3数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号单位数控加工工序卡数控加工工序卡片片减速箱端盖 BY-08车间使用设备数控 XK712A 数控铣床工艺序号程序编号夹具名称夹具编号工序简图台钳工步号工步作业内容加工面刀具号主轴转速(r/min) 进给速度(mm/min) 背吃刀量(mm) 备注 1 粗车表面二表面二 T01 750 1100.5 2 粗车表面一表面一 T01 750 110 0.5 3 精车表面二表面 T01 300 70 0.25 第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究41二 4 精车表面一表面一 T01 300 70 0.25 5 钻 68 孔小孔6 T02 700 100 2 编制审核批准年月日共页第页 5.1.6 数控刀具的参数信息T01、T02 的参数设置如图 5-5、5-6。图 5-5D8 5 参数铣刀图 5-6D8 钻刀5.1.7 生成刀轨如图：数控加工中刀具路径的应用研究42图 5-7刀轨示意图5.1.8 进行切削仿真如图：图 5-8切削仿真示意图5.1.9 输出 CLSF 文件“CLSF”文件,也叫刀具位置源文件,是一个可用第三方后置处理程序进行后置处理的独立文件，它是一个包含标准 APT 命令的文本文件，其扩展名为“.cls” 。当一个操作生成后，产生的刀具路径还是一个内部刀具路径。如果要用第三方后置处理程序进行后置处理，还必须将其输出成外部的 ASCII 文件，即“CLSF”文件。5.2 减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究如图，加工减速箱低速轴，创建的毛坯是长度为 270mm、直径为 67mm 的棒类毛坯。第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究43图 5-9低速轴示意图图 5-10低速轴简图5.2.1 确定走刀路线和安排加工顺序1.寻求最短的加工路径经分析，最短的轴外轮廓的加工路径如下：图 5-11加工路径示意图2.确定切削策略切削策略类似于铣削加工中的加工方法，选择不同的切削策略，也就是选择了不同的刀具走刀方式，切削策略的图标告诉我们走刀的路径和方法以及该策略所适合的刀具等信息。粗车加工可以使用的切削策略如下。（1）直线型车削：属于应用最为普遍的车削加工方法，采用直线型切削策略生成数控加工中刀具路径的应用研究44的刀轨如图：图 5-12直线型车削刀轨直线单向车削：沿直线进刀切削，各切削层之间保持平行且方向相同，即加工过程中的进刀方向不变。直线往返式车削：沿直线进刀切削，各切削层之间保持平行，各层的进刀方向交替改变。（2）倾斜车削：采用倾斜切削的加工策略所生成的刀轨如图，加工过程中，同一切削层的切削深度在不断变化，变深度的好处是在切削材料的过程中，刀片刃口处的切削着力点（热点）随加工深度的改变而改变，有利于刀片刃口应力及热量的扩散。第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究45图 5-13倾斜车削刀轨倾斜单向切削：切削深度可变的单向车削。倾斜往返式切削：切削深度可变的往返式车削。（3）轮廓式车削：与铣加工的轮廓加工类似，轮廓式车削的切削层与零件轮廓仿形，各层之间等距，加工中逐渐逼进零件表面，所生成的刀轨如图：图 5-14轮廓式车削刀轨单向轮廓轮廓车削：切削层平行于轮廓的单向切削。往返式轮廓轮廓车削：切削层平行于轮廓的往返式切削。（）插入式车削：主要针对于车槽刀具，常用于加工斜面和凹面等槽型部位，所生成的刀轨如图。数控加工中刀具路径的应用研究46图 5-15插入式车削刀轨单向插入式车削：加工过程中，向轴向处插入刀具，加工完一段后向远离轴线方向退刀，步进方向不变（保持单向）。往返式插入式车削：刀具垂直于轴线插入式进刀，逐步加工到指定的切削层，往返式走刀。交替式插入式车削：插入式进刀，加工过程中步进方向左右交替。跳跃式插入式车削：插入式进刀，加工过程中步进时跳跃一个步距留下塔形的材料残留，刀具到达加工终点后步进方向折返，重新跳跃式加工，切除原先跳跃加工留下的材料。综合以上分析得，为了保证低速轴的加工精度和表面质量，在加工低速轴时选择的切削策略为直线单向切削方案。3.选择切入切出方向见图 5-11。4.安排加工顺序综合各方面的因素，加工顺序的安排如下：（1）加工轴肩右侧的各圆柱面；（2）加工轴肩及轴肩左侧的圆柱面；（3）键槽的铣加工。5.2.2 确定切削用量综合分析以上各方面的因素、低速轴的材料选择以及查找相关的资料，确定加工过程中不同加工类型的进给速度及进给量如下:表 5-4切削用量的选择加工类型进给速度(mm/min)进给量（mm）粗车加工1000.4精车加工1000.25.2.3 确定定位和夹紧方案表 5-5定位及夹紧方案装夹顺序夹紧设备夹紧位置第一次装夹三爪卡盘轴肩左侧未加工圆柱面第二次装夹三爪卡盘轴肩右侧已加工圆柱面第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究47第三次装夹V 形块轴两侧的圆柱表面5.2.4 制订数控加工技术文件1.数控加工工序卡片表 5-6数控加工工序卡片数控加工程序单数控加工程序单零件名称编程人员和操作者学号低速轴序号程序名加工内容刀具进给量（mm）进给速度（/min）加工方式第一次装夹1粗车轴肩右侧的各圆柱面外圆车刀0.4100直线插补2精车轴肩右侧的各圆柱面外圆车刀0.2100直线插补第二次装夹3粗车加工轴肩及轴肩左侧的圆柱面外圆车刀0.4100直线插补4精车加工轴肩及轴肩左侧的圆柱面外圆车刀0.2100直线插补5.2.5 数控刀具的参数信息刀具的参数设置如下：数控加工中刀具路径的应用研究48图 5-16OD-80-R 切刀5.2.6 生成刀轨图 5-17刀轨示意图5.2.7 进行加工仿真第五章减速箱部分零件刀具路径的应用研究49图 5-18仿真示意图5.2.8 生成 CLSF 文件5.3 本章小结本章小结本章对减速箱体中的端盖及低速轴进行了刀具路径的创建和切削仿真，主要是考虑到了创建刀具路径的合理性。本文总结本文总结通过对要本课题的研究，对于 UG 平台下数控加工刀具路径的合理创建，应考虑的主要方面如下：1.零件的形状尺寸方面（1）形状简单的（2）形状复杂的2.零件及刀具的材料方面（1）力学性能（2）物理性能（3）化学性能3.加工类型与零件的精度要求方面（1）粗加工数控加工中刀具路径的应用研究50（2）精加工4.刀具与零件的空间几何方面5.零件的装夹方面参考文献51参考文献参考文献1 廖效果, 朱启逑. 数字控制机床. 华中科技出版社, 1992 2 朱晓春. 数控技术. 机械工业出版社, 2004 3 张建刚, 胡大泽. 数控技术. 华中科技大学出版社, 20004 孟富森, 蒋忠理. 数控技术与 CAM 应用. 重庆大学出版社, 2003 5 易红. 数控技术. 机械工业出版社, 20056 王卫兵. UG NX 数控编程实用教程. 清华大学出版社, 2004 7 老虎工作室. UG NX 中文版数控加工基础教程. 人民邮电出版社, 2006 8 周超明, 赵东福, 聂相虹. UG NX 数控编程技术基础及应用. 清华大学出版社, 2006 9叶南海.UG 数控编程实例与技巧.国防工业出版社,200510单岩.UG 三维造型应用实例.清华大学出版社，200511潘春荣，罗庆生.基于 UG 软件 CAD/CAM 功能的应用研究.汕头大学工学院，200512刘婷婷，曲建华，侯书林.国内外 CAD/CAM 软件.中国农业大学工学院，200513李爱红.CAD/CAM 软件在数控加工中的应用.常州纺织服装职业技术学院，200714夏美娟，舒志兵.CAD/CAM 软件技术及其在数控机床中的应用.南京工业大学，200515 王昆, 何小柏, 汪信远. 机械设计、机械设计基础课程设计. 高等教育出版社, 1995数控加工中刀具路径的应用研究52科技译文科技译文译文一：译文一：The development of NC The first NC machines used vacuuin tubes, electrical relays, and complicated machine-control interfaces. The second generation of machines utilized improved proved. NC underwent one of the most rapid changes known in history. The third generation used much improved integrated circuits. Computer hardware became for the first time Read Only Memory (ROM)technology. ROM was typically used for prpgram storage in special-purpose applications, leadling to the appearance of the computer numerical control (CNC) system, CNC was successfully introduced to practically every manufacturing process. Drilling, milling, and turning were performed on “machining centers” and “turning centers.” CNC tiik over glass cutting, pattern making, electrical discharge machining, steel-mill roll grinding, coofdinate measuring, electron beam welding, tube bending, drafting, printed circuit manufacturing, coil winding, functional testing, robots, and many other processes.A set of preprogrammed subroutines, named canned cycles, were developed for use in routine operations. They were recorded into the ROMs and remained there even after power was shut off. For the first time, this concept made it possible to read the machine g program into memory and to operate the machine from memory.In addition to the advantages of editing, the problems caused by erroneous tape reading disappeared.Along with the many canned cycle options, CNC builders introduced displays for visual editing of pare programs in memory. Various in-cycle problems generated alarms and hundreds of diagnostic messages which could be displayed as applicable. Practically every function of the machine was tied into the system and monitored during operation. A constant surface speed control was incorporated and continuously anticipated the most efficient spindle speed for the next cut to minimize time lost for spindle acceleration. The conventional linear and circular interpolation in cartesian (rectangular) coordinates were supplemented by polar coordinates and helical interpolation. Safe zones, which could be set through programmed codes or internal parameters, created an electronic crash barrier to prevent tool collision. The latter group of features marked the arrival of high technology to the manufacturing or metalcutting industry. 科技译文53The improvement in drives was as important for the system as the contribution of the microprocessor or the minicomputer.The feed drives, usually known as servodrives, consist of a motor and its control which receives its motion instructions from the CNC. Their performance is essential to the accuracy, reliability, and flexibility of the CNC system.The open-loop system is normally used in simple point-to point, or positioning systems, although improvements in technology have made it possible to install the system in contouring systems as well. The closed-loop configuration is more accurate and reliable, as reflected by its higher cost.Although many CNC systems still use hydraulic or pulse motors, the DC drives have gained dominance on a much larger scale. In most cases, the drive packages are purchased from specialized drive system builders. These direct current (DC) permanent-manger would field servomotors range from 3000 revolutions per minute (rpm) to less than 1 rpm without stalling. They develop peak torque capabilities with high side acceleration and low inertia for optimized system response. Most drive systems offer a choice between transistorized silicone-controlled rectifiers and pulse width modulation over the full range of amplified voltages. These drives can now width modulation over the full range of amplified voltages. These drives can now drive virtually any lead screw. Their high-respones inner current loops provide reliable regulation of torque-load disturbances. They can also be built with high-gain preamplifiers to close high-band-width velocity loops. The DC drives provide the answer to the most essential needs of acceleration, deceleration, stopping, and constant velocity, with inherent shaft stiffness for successful operation of the CNC system. The same drive systems actuate robots, transfer lines. Flight simulators, graphic plotters, etc. As these drives are infinitely variable and fully regenerative, they can provide for maximum performance and control over the whole range of the motor. By eliminating gearboxes and clutches, the cost of drives for the third-generation CNC systems was reduced substantially.The fourth-generation microprocessor CNC incorporated in many cases the controversial bubble memory. The bubbles are magnetic garnet crystals grown on nonmagnetic substrate, ranging in size from 2 to 30 micrometres, and used as nonvolatile data storage. Although at this stage it is not competitive in the large computers, the bubble memory is closing the cost gap with disk storage devices. Insensitive to adverse temperature changes, dust, and vibration, the bubble memory has demonstrated superior in shop environment. General Numerics introduced its fourth-generation CNC using bubble memory, however Hitachi, another electronic giant, believes that bubble memory will provide the economical answer to direct 数控加工中刀具路径的应用研究54numerical control (DNC).Among the strengths of the fourth-generation microprocessor CNC(MCNC) are added part program memory storage, reduction of printed circuit boards, programmable interface, faster memory access, parametric subroutines, and macro capabilities.The system user can now write specific canned cycles directed to particular applications(“user macros”), far more economical and efficient than conventional canned cycles. Mathematical calculations with do-loop subroutines using variables can now be incorporated in the part program. The microprocessor controls both computations and motion commands. Thus, following an in-process gaging, an out-of-tolerance condition will be fed back, and the tool offset will be automatically modified to achieve the desired part dimensions.科技译文55译文一译文一: :现代制造技术及其发展现代制造技术及其发展第一代数控装备的是真空管、继电器及复杂的机械控制接口；第二代数控装置则采用了小型电子管及后来的固件电路。随着计算机技术的不断发展，NC 装置以历史上最快的速度得到了发展；第三代数控装置采用了性能好得多的集成电路。随着计算机硬件愈来愈便宜，可靠性愈来愈好，数控装置制造商首次引入了 ROM 技术。在专用设备中使用 ROM 来储存程序，从而使 CNC 系统问世。CNC 系统成功地应用于几乎每一个制造工艺，如在加工中心和车削中心上完成钻、铣和车削加工，还应用于玻璃切割、模型制造、电火花加工、钢铁厂轧混磨削、坐标测量、电子束焊接、弯管、制图、印刷电路板制作、绕线、功能测试、机器人及许多其他工艺。研制开发了一套预先编制好的子程序，叫做固定循环供日常操作时使用。这些程序记录在 ROM 内，失电后仍能保留。加工程序可存入存储器，并从存储器取出指令来操作机床；除具有编辑功能外，还可避免出现由读带错误所产生的一些问题。除有许多固定循环可供任选外，还可设有显示装置（CRT），可显示储存器内零件程序的编辑，对各种循环内出现的问题可发出报警，并能显示几百个诊断信息。机床的几乎每个功能与系统连在一起，操作期间可进行监控。采用了恒线速控制，能不断使主轴保持在最佳切削转速，从而使主轴加速时间减到最小。除传统的直角坐标直线和圆弧插补外，还采用了极坐标和螺旋线插补；由编码或内部参数所社定的安全区域建立了电子防撞障壁可防止刀具碰撞，这些特性标志着制造和金属切削工业水平达到了高技术。传动系统的改进和采用微处理机或小型计算机一样，对系统至关重要。进给传动通常称作司服传动，它用电动机和接收 CNC 运动指令的控制装置组成。其性能如何将影响 CNC 系统的精度、可靠性和灵活性。虽然开环系统技术改进后可用于连续轨迹控制系统，但一般仍用于简单的点位或定位系统中。闭环系统比开环系统更精确、更可靠，但成本也较高。尽管仍有许多 CNC 系统采用液压或脉冲马达，但直流驱动装置已在相当大范围内得到了应用。在多数情况下，驱动设备是从专门经营驱动系统的制造商处购买。这些永久磁铁磁场的直流伺服惦记转速范围从 3000 转分到 1 转/分而不失速。这些伺服电机具有加速性能好、峰值转矩惯性低等特点，使系统响应达最佳化。大多数驱动系统可选用晶体管化的可控硅整流器或全程放大电压的脉宽调制。它能驱动任何丝杠，其内部电流环响应快，可对扭矩-负载失调进行可靠调整，还有一个高增益的前置放大器，可用于接通高带宽速度环。数控加工中刀具路径的应用研究56 直流驱动装置加上轴的固有刚度对 CNC 系统实现加减速、停止及恒速等功能是必不可少的。它还可应用于机器人、传送线、航模、绘图仪等领域。由于这此驱动装置均为无级变速和全反馈，故对各种规格的电机都可实现理佳控制。随着齿轮箱和离合器的去除，第三代 CNC 系统驱动装置的成本也随之大减小。第四代彩微处理机的 CNC 系统在许多情况下采用磁泡存储器。磁泡是在非磁性基片上生成的磁性石榴石晶体，大小为 23 毫米，可用作永久性数据存储器。虽然目前磁泡存储器在大计算机中还缺乏竞争力。但其价格正在接近磁盘存储器。它在车间环境中对温度变化、防尘和防振要求低而可靠性又高。通用数字公司推荐使用磁泡存储器的第四代 CNC，而日立公司认为磁泡存储器用于直接数字控制（DNC）比较经济。第四代 MCNC 的优点是增加了零件程序存储器的储存量、减少印刷电路板，可编程接口。存储器快速存取，参数子程序，宏指令能力等功能。用户可将专用的固定循环直接写入“用户宏指令”中，这比通常的固定循环更经济、更有效。可对零件程序中带 D0 循环的变量子程序进行数学计算，微处理机可控制计算及运动指令。在加在过程中测出超差时将反馈，并自动对刀具补偿值进行修正以达到所要求的零售尺寸。科技译文57译文二：译文二：Advanced processing technology developmentsFew industries like metal processing branch heads creating such dynamic, constantly seeking the latest technologies and innovative ideas are essential to any components of the plant are in a leading position. Introduced some opportunities here to create or provide for the processing components of the leading position of technological progress.1、Parallel processing： Concepts：the type of core components and Xingqiang into a multi-task machine tools, spare parts in the parallel processing. Background：The concept of the Mazak Corporation (Florence, bar) e series Integrex processing center in IMTS 2004 exposition on display. Use a soft tilted Xianxiao axis (B axis) and reverse the Chexiao axis (C axis), rectangular piece of the four sides and back from the cooling Kong Xianxiao completed. And Xingqiang-core parts are still in the final were merged into one for processing. The main axis of rotation through Juxiao Xianxiao axis tilted and coordination, and optimize cutlery orientation can be improved surface roughness and cutlery life improved. Having to be around for the dumping of scrap cyclical.And the type of core components in the consolidated into a Xingqiang parts were processed. These four components Aspect of the cooling in a Zhuangga Kong was short. Xingqiang-core and then separated, each part in the rescue are still firmly reverse the Juxiao axis. Two parts of his two new dimensions to their one-dimensional Xianxiao, and the heads of two parts in a cooling Kong Zhuangjia was all coming. Compared with the traditional processing, this approach has greatly reduced the number Zhuangga and processes. As part of the instrument between the two excellent orientation until they were separated, the accuracy also increased. Enabling technology：In this application, the location accuracy is the key rotary axis. Multi-task machine tools in Xianxiao 0.0001 degrees with a focus on the use of roller cam resolution. Owners, from the sub-degree incremental Chexue axis is 0.0001- degrees. According to the machine tool manufacturers introduced, 12,000 rpm rotational speed of the oscillation amplitude of 1.5 micrometers Xianxiao axis (0.00006 inches). The main axis of oscillation amplitude can protect low speed applications of small diameter cutlery Xianxue. 2、Parallel processing：数控加工中刀具路径的应用研究58Concepts : large mould parts divided in smaller processing center processing. After further processing components assembled into a complete model core or Xingqiang. In some cases, the components are designed to assemble a mosaic of the state structures Xingqiang Lane. Background：In a separate large components parts, each component may be smaller processing center processing, without the need to have a large vertical machine tool processing workstations. Although smaller vertical machine tools can also use, but more smaller horizontal processing center ideal, because it has the advantage Paixie and productivity. Because their scope of work accordingly smaller, the smaller machine tools tend to have a higher-place precision. As the quality of mobile axle small, the smaller the contour cutting machine tools can be higher peak acceleration and reducing speed (acc/dec). Acc/dec higher rates can reduce the processing time significantly - because higher acc/dec usually need 20 hours to be processed in 15 hours to complete. In the smaller machine tools, the blade can be easily dealt with. For example, a fine cutlery for cutting edge of blade can not complete processing is a promising instrument components. Most importantly, two or three machine tools at the same time, more than one operation to Taiwan in the production of large machine tools. For example, 20-hour processing in two small machine tools can be completed in 7.5 hours (share of working hours, and then faster acc/dec rate factor). A group of the smaller machine tools can arrange more than one large machine tools soft. When large heads designed to be suitable for processing sub-plots, with only the smaller machine tool plant has received the original mould processing capacity beyond its mandate. In addition, smaller machine tools represent a lower capital investment. Advanced Plant must be two or more small machine tools with the same capabilities with the overall cost of large-scale processing center cost comparisons. Finally, the instrument designed for parallel processing performance may improve maintenance, and rehabilitation of the opportunity. For example, one instrument may be feasible, so the region can be easily worn intense separate compartmentalized

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