现代数控编程技术(第03讲--数控铣削加工及编程--二轴)

第3讲 数控铣削加工及编程 二维数控铣削加工编程技术 概述 外形轮廓铣削数控加工刀具轨迹生成 二维型腔数控加工刀具轨迹生成 二维字符数控加工刀具轨迹生成 概述概述 概述 二维数控加工对象 二维外形轮廓 profile 平面上的外形轮廓分为内轮廓 internal profile 和外轮廓 external profile 其刀具中心轨迹为 外形轮廓的等距线 外形轮廓 刀具轨迹 外轮廓加工内轮廓加工 概述 二维型腔 2D pocket 包括 简单型腔和带岛型腔 走刀方式 环切和行切 环切加工刀具轨迹行切加工刀具轨迹 概述 孔 包括 钻孔 镗孔和攻螺纹等 孔的大小一般由刀具保证 大直径孔的铣削除外 二维字符 平面上的刻字加工 刀具轨迹就是字符轮廓轨迹 字符线条宽度一般由雕刻刀刀尖直径保证 概述 二维数控加工刀具半径补偿 刀具半径补偿将刀具中心轨迹向待加工零件轮廓指定 的一侧偏移一个刀具半径值 手工编程时 一般根据零件的外形轮廓采用G41或 G42实现刀具半径补偿 在实际轮廓加工过程中 刀具半径补偿执行过程一般 分为 补偿建立 补偿进行 补偿取消三个步骤 采用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 还可由数控编程系统实现 即根据给定刀 具半径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 概述 二维数控加工编程参数 二轴轮廓零件的数控加工编程 最基本的编程参数 包括 加工余量 在加工表面上留出一定厚度的加工余 量或精加工余量 进给速度 主轴转速 刀具半径确定 工件坐标系的确定及程序原点的设置 概述 安全面高度 开始启动主轴之前 刀具所在平面的高度 工件加工结束后 刀具将迅速抬起回到安全高度 加工过程中需要抬刀分段切削 如遇到岛屿 时 刀具也抬起到安全高度 概述 进刀 退刀 防止进刀 退刀过程出现碰撞 过切和飞边 包括两种 层间进刀和层内进退刀 层间进刀 刀具每次开始切削一个新的切削 层之前的进刀运动 层内进退刀 刀具在每个切削层内跨入切削 零件侧面的那一刀的水平进 退刀运动 刀具与走刀路线选择 刀具的选择 刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径 一般 可取R 0 8 0 9 刀具与零件的接触长度H 1 4 1 6 R 以保证刀具有足 够的刚度 走刀路线的选择 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 缩短走刀路线 减少进退刀时间和其它辅助时间 方便数值计算 减少编程工作量 尽量减少程序段数 外形轮廓铣削数控加工刀具轨迹生成外形轮廓铣削数控加工刀具轨迹生成 外形轮廓铣削数控加工刀具轨迹生成 基本过程 外形轮廓的有序化串连 对于二维外形轮廓的数控加工 要求外形轮廓曲线是连 续和有序的 只有这样刀具才能沿外形轮廓线进行连续有序 的加工 将组成二维外形轮廓的曲线 直线 圆弧和自由曲线 首位相接 构成分段有序C0阶连续曲线 分段有序C0曲线要 求前一段曲线的终点为下一段曲线的起点 偏置外形轮廓形成刀具轨迹 将有序化串联的外形轮廓偏置一个距离 刀具半径 余 量 形成刀具轨迹 外轮廓向外偏置 内轮廓向内偏置 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 偏置外形轮廓形成刀具轨迹 将有序化串联的外形轮廓偏置一个距离 刀具 半径 余量 形成刀具轨迹 外轮廓向外偏置 内轮廓向内偏置 外形轮廓铣削数控加工刀具轨迹生成 二维型腔数控加工刀具轨迹生成二维型腔数控加工刀具轨迹生成 二维型腔数控加工刀具轨迹生成 概述 型腔是指具有封闭边界轮廓的平底或曲底凹坑 而且可能具有一个或多个不加工的岛屿 当型腔 底面为平面时即为二维型腔 当型腔 底面为平面时即为二维型腔 型腔的加工就是要切净内腔区域的全部面积 不留死角 不伤轮廓 同时要具有尽可能高的加工 效率 二维型腔加工的一般过程 粗加工阶段 沿轮廓边界留出精加工余量 采用端铣刀 用环切或行 切的方式铣去型腔的多余材料 当型腔较深时 则要分层进行粗加工 这时还需要定义 每一层粗加工的深度以及型腔的实际深度 以便计算需要分 多少层进行粗加工 精加工阶段 沿型腔底面和轮廓走刀 精铣型腔底面和边界外形 二维型腔加工的走刀方式 行切法 即平行走刀法 是以一组相互平行的直线 构成刀具运动轨迹 环切法 即环形走刀法 是以型腔轮廓的一组偏置 轮廓构成刀具运动轨迹 当型腔内包含多个岛屿 且型腔轮廓形状复杂时 其刀具轨迹的规划比较复 杂 行切法刀具轨迹 即平行走刀方式 指用一组平行于某个方向的直线 段作为加工型腔区域的刀具轨迹 但型腔轮廓的精 加工仍按环形走刀方式进行 行切法刀具轨迹生成的基本过程 1 确定走刀路线的角度 2 根据刀具半径及加工要求确定走刀步距 3 组环 将型腔边界 含岛屿的边界 轮廓有序化 和串联 生成封闭的边界轮廓 4 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等于精加工余量与刀 具半径之和 这些等距线确定了行切加工时的切削区域这些等距线确定了行切加工时的切削区域 5 行切加工各行刀具轨迹计算 从刀具路径角度方向 本例与X轴平行 与上述 边界轮廓等距线的第一条切线的切点开始 用一组 平行于刀具路径角度的平行线分别与上述等距线求 交 得到交点 生成各切削行的刀具轨迹线段 6 刀具轨迹线段的有序串联 从第一条刀具轨迹线段 也可能只有一个切点 开始 将 前一行最后一条刀具轨迹线段的终点与下一行第一条刀具轨 迹的起点沿边界轮廓的等距线连接起来 同一行中的不同刀具轨迹线段处理有多种方式 最简单的 方式就是抬刀 如左图所示 右图所示的刀具轨迹避免了加 工过程中抬刀所带来的垂直进刀 由于端铣刀不宜垂直进刀 平面型腔的行切加工一般采用双向走刀 避免垂直进刀 不能避免垂直进刀的情况下 需要预先钻进刀工艺孔 抬刀 蓝线表示 7 沿型腔和岛屿的等距线运动 生成最后一条刀具轨迹 环切法刀具轨迹 优点 在加工中铣刀的切削方式不变 顺铣或逆铣 切削方向 由内向外和由外向内 实质 平面型腔的环切法加工刀具轨迹的计算在一定意 义上可以归纳为平面封闭轮廓曲线的等距线计算 等距线计算方法通常有两种 直接偏置法 分段求交法 维诺图 Voronoi 方法 环切法刀具轨迹生成的基本过程 1 根据刀具半径及加工要求确定走刀步距 2 组环 将型腔边界 含岛屿的边界 轮廓有序化 和串联 生成封闭的边界轮廓 3 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等于精加工余量与 刀具半径之和 这些等距线确定了环切加工时的切削区域 这些等距线确定了环切加工时的切削区域 4 环切加工刀具轨迹计算 利用等距线计算方法 对每条边界轮廓按走刀步 距的数值计算等距线 不断循环偏置 从而产生环 切加工刀具轨迹 环切法的种偏置策略 外环内偏置 内环不偏置 内外环同时偏置 直接偏置法 算法步骤 1 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 2 对各条等距线进行必要的裁剪或延拓 连接形成 封闭曲线 3 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 4 重复上述过程 直到遍历完所有待加工区域 1 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 2 对各条等距线进行必要的裁剪或延拓 连接形成 封闭曲线 3 处理等距线的自相交 并进行有效性测试 判断 是否和岛屿 边界轮廓曲线干