数控编程是CAD.doc

数控编程是CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。对于复杂形状零件，数控编程通常采用自动编程系统，在实现设计、加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。后置处理是数控编程技术的关键技术之一，并作为CAD /CAM系统与机械制造连接的纽带。后置处理直接影响自动编程的使用效果、零件的加工质量和机床的运行可靠性。国外对后置处理技术研究十分重视，各CAD/CAM软件厂家都研究开发了各自的通用后置处理系统；国内对后置处理理论与技术也进行了深入研究，取得了一定的研究成果。但是，目前很多 CAD/CAM系统的用户对软件的使用主要是CAD模块，对CAM模快的应用效率不高，其中一个关键的原因是软件只配备通用后置处理而用户没有根据具体的数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需要人工做大量的修改，严重影响了CAM模块的应用效果。研究特定结构机床的坐标转换是开发该类机床专用后置处理程序必须解决的一项关键技术。本文在详细分析双转台五轴数控机床坐标系及运动学的基础上，推导出该类机床后置处理转角计算公式、坐标转换计算公式，开发出UCP600五轴数控机床专用后置处理程序，并加工出惯性平台台体等复杂零件，证明了本文提出的方法是可行的。一、后置处理程序的作用用CAD/CAM软件进行编程时，按规定均视工件不动，而由刀具运动来完成加工动作，经过处理可得到一个不针对具体机床的中性刀位文件。在多轴加工中，CAD/CAM软件生成的刀位文件中包含刀具参考点坐标值和刀轴矢量。在实际机床上，运动的实现方式各异，有的运动由工作台实现，有的运动由刀具实现。在3直线轴(X、Y、Z )联动情况下，编程员一般不需关心是工作台运动还是刀具运动，因为机床厂家均按国际标准来定义机床的坐标系及其运动方向。多轴联动的回转轴运动，包括刀具摆动、工作台回转，这就要求后处理程序针对不同情况进行不同的计算将刀位文件中刀具轨迹坐标转换为机床坐标及相应的回转角度，通过代码转换将它们转换成指定数控机床能执行的数控程序。二、双转台式五轴数控机床的机床运动学求解机床运动学求解，主要包括转动轴转动角度计算和经过转动后的3个移动坐标X、Y、Z 值的求解。对于不同类型运动关系的数控机床， 运动学求解算法是不同的。下面以较复杂的双转台式五轴数控机床(图1)为例来讨论后置处理坐标转换及回转角度计算方法。双转台式五轴数控机床的运动坐标包括3个移动坐标X、Y、Z和2个转动坐标A、C， A、C回转轴交于一点。如图2所示，CAM加工坐标系为OmXYZ，机床加工坐标系为OrXYZ， 工作台C 回转轴与Z 轴方向一致，工作台A 回转轴与X 轴方向一致，OrXYZ坐标系原点设在A 、C回转轴交点上。CAM加工坐标系OmXYZ与机床加工坐标系OrXYZ的Z轴的方向一致，其余二轴相互平行，OmOr=d工件可绕 坐标系X 轴转动A1、A、C转角的计算工作台(工件)相对刀具转动，其转角以顺时针方向为正方向。将刀轴矢量a 绕轴顺时针转动C角到 平面上，再将刀轴矢量绕Xc轴顺时针转动A角到与Zc坐标方向一致，如图2所示(这样，转动可以保证。这样就完成了刀轴矢量的转换，即刀具相对于工件的转动或摆动。对于双转台式五轴数控机床，为实现以上转换，工作台的动作为工作台绕C回转轴顺时针转动C角，工作台A回转轴顺时针转动A角。2、机床运动坐标X、Y、Z的计算求刀具参考点 经工作台(工件)转动后在机床加工坐标系OrXYZ中的位置坐标，即机床的运动坐标X、Y、Z。(1)将CAM加工坐标系OmXYZ平移到机床加工坐标系OrXYZ，变换矩阵为(2)刀轴矢量绕Z轴旋转C角，变换矩阵为(3)刀轴矢量绕X 轴旋转A 角，变换矩阵为则将式(6)展开可得五坐标加工的机床运动坐标是刀具相对于机床加工坐标系的坐标，而不是刀具相对于CAM加工坐标系的坐标，这也是本步计算的依据。一般情况下，由于CAM加工坐标系能够较为方便地移动及设置，为了减少参数设置及计算方便，将CAM加工坐标系OmXYZ 与机床加工坐标系OrXYZ 设置为同一坐标系，OmOr=d=0 即 。由此，式(7)便可简化为式(8) ，亦即三、CAM加工坐标系设置与UCP600五轴数控机床专用后置处理程序实现1、CAM 加工坐标系设置刀位文件是相对CAM坐标原点和坐标轴生成的。CAM加工坐标系的原点就是机床上的程序零点(对刀点)，CAM加工坐标系的3个轴的方向就是机床刀轨的方向，所以在确定CAM加工坐标系的方向和原点位置时，应当从现场加工的实际需要出发，保证毛坯在机床上的位置便于装夹、找正和加工。对于多轴(4轴或5轴)联动加工，由于刀位文件数据需要通过后置处理程序进行坐标转换，CAM加工坐标系的设置需反映机床部分信息及数据。后置处理数据坐标转换是围绕机床加工坐标系坐标原点和坐标轴进行的，对于双转台五轴加工中心，机床加工坐标系原点只有设在A、C旋转轴的交点，才能实现数据坐标转换后加工程序的正确性。为保证与机床加工坐标系一致，CAM加工坐标系坐标原点要设置在沿C旋转轴、距工作台端面向下一个旋转轴偏置值处(见图 1) 。2、UCP600五轴数控机床专用后置处理程序的实现UCP600五轴数控机床属双转台五轴加工中心，配置了Heidenhain 430控制系统。根据解释执行的原则，后置处理程序采用面向对象的方法开发，采用公式(1)、(2)、(8)进行坐标转换部分程序设计；根据机床控制系统要求进行代码转换部分程序设计。后置处理流程如图3所示，程序读入刀位文件中的数据，经过坐标转换和代码转换，将数控程序输出到相应文件中。四、结语本文对运动形式复杂的双转台五轴数控机床运动学求解进行了较为详细的论述，推导出该类机床后置处理转角计算公式和坐标转换计算公式。并且实现了 UCP600五轴数控机床专用后置处理程序。在该设备上加工惯性平台台体等复杂零件的应用表明，本文开发的专用后置处理程序生成的数控程序可以满足 UCP600五轴数控机床加工的需要。如何定义高速切削?生产率与切削速度是有很密切关系的，切削速度的提高可以提高生产率，同时精密和超精密加工技术的发展也对切削速度有了更进一步提高的要求。高速切削加工的概念提出后，经过长期的探索、研究和发展，才在近期被广泛应用于工业生产。今天，在加工钢件时切削速度已达到3000m/min，加工铸铁时达到3000m/min，加工铝合金则达到7000m/min，比常用的切削速度高了许多倍。除了高速切削外，高速磨削技术也已进入实用阶段。常规磨削速度为3040m/s，而超高速磨削的速度已达到150m/s以上了。高速切削和磨削除了能大幅度提高生产率以外，还可以提高加工质量，特别是改善已加工表面质量。高速切削速度范围的大致划分被加工材料传统切削高速切削m/min纤维增强合成纤维10008000铝合金10007000铜合金9005000灰铸铁8003000钢5002000钛合金1001000高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工。目前各国对高速切削的速度范围没有统一的定义，有时候也称为超高速切削(Ultra-High Speed Machining)。通常把比常规切削速度高510倍的切削称为高速切削。传统的切削速度和刀具寿命的关系被假定为线性关系，即刀具的速度越高，刀具的磨损越快。20世纪上半叶，一些研究人员开始发现，在某些加工过程中，切削速度达到某个值后，情况开始发生变化，刀具磨损加剧，但是速度继续上升，超过这一阈值，又可以恢复正常加工。经过长期的生产实践，人们意识到对于某一特定的被加工材料来说，在比现行使用的切削速度高许多倍的区域可能存在一个十分理想的切削条件，在这个切削条件下，生产率高，刀具耐用度长，而且切削力也比较小。德国的切削物理学家Carl Salomon博士于1929年进行了超高速模拟试验，1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削假设。图1 Salomon切削速度与温度实验曲线如图1所示，Salomon认为在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。当切削速度增大到超过一个速度范围，切削温度反而随切削速度的提高而降低，同时切削力也会大幅下降。按照他的假设，在具有一定速度的高速区进行切削加工，会有比较低的切削温度和较小的切削力。这就是著名的高速切削状态下切削温度的死谷理论(Dead Volley)，如图2所示。但这一模型预言的曲线至今仍没有精确的令人信服的实验可以证实。图2 Salomon切削速度与温度模型H.Schulz 等人认为：Carl Salomon所根据的实验曲线是铣削中刀具温度(而不是切削剪切区的温度)与切削速度的关系。其中高速段上刀具温度的降低是由于刀具与工件接触时间变短所导致的结果。从切削机理研究的角度看，应当考察切削剪切区中的温度变化及材料变形状况。高速切削中切削力减小是高速切削技术应用发展的物理基础。对于为什么速度高到一定程度，切削力会减小的问题，有人认为是由于工件材料软化所致。这种软化可以理解为切削速度增高，切削剪切区温度升高，材料屈服极限降低。也有研究者认为切削加工所需的能量在某一速度范围内达到平衡点，随着切削速度进一步增高，切削力随着降低，并在某一速度后保持不变，然后可能随着切屑的动量改变略有变化。但这些推断都还不能从材料变形机理上予以确切说明。所以，进一步的研究应当考察切削中产生材料变形所需能量是否随材料变形速度而变化，是否在变形速度(流变速度)超过某一极限值后改变了材料变形方式，从而使变形所需能量减少了。确定这一界限，寻求最佳切削速度具有重大的工程意义。怎样定义高速切削？目前一般的定义是510倍于常规切削速度的切削称为高速切削。笔者认为：在Salomon理论成立的前提下，特定材料切削速度达到极限速度时的切削状态就应称为高速切削，高速切削不仅仅通过速度来划分，而是跟材料的物理力学性能和切削状态密切相关。尽管目前已形成了高速切削的实用技术，但高速切削机理研究还只停留在一个试验探索阶段，在基础理论上的研究还不成熟。从切削过程中材料的物理力学性能变化状态，而不仅仅通过切削速度来区分常规切削加工和高速切削加工更为科学合理.歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS