数控原理与系统讨论课ppt课件

1、课题：空间三维刀补讨论组员：袁万前 张辉 张文峰 赵方 郑雨田 周梦麟 朱思伟1 1、什么是刀具补偿？、什么是刀具补偿？ 在数控加工过程中，数控系统的实践控制对象是刀在数控加工过程中，数控系统的实践控制对象是刀具中心或刀架相关点，数控系统经过直接控制刀具中心具中心或刀架相关点，数控系统经过直接控制刀具中心或刀架相关点的运动轨迹，来间接地实现实践零件轮廓或刀架相关点的运动轨迹，来间接地实现实践零件轮廓的加工。的加工。 然而，实践刀具参与切削的部位是刀尖车刀或然而，实践刀具参与切削的部位是刀尖车刀或刀刃边缘铣刀，它们与刀具中心或刀架相关点之间刀刃边缘铣刀，它们与刀具中心或刀架相关点之间存在着尺寸偏

2、向，因此数控系统必需根据刀尖或刀刃边存在着尺寸偏向，因此数控系统必需根据刀尖或刀刃边缘的实践坐标位置即零件轮廓的实践坐标位置来计缘的实践坐标位置即零件轮廓的实践坐标位置来计算出刀具中心或刀架参考点的相应坐标位置，这种计算算出刀具中心或刀架参考点的相应坐标位置，这种计算过程就称为刀具补偿。过程就称为刀具补偿。 R1 2 2、刀具补偿的作用、刀具补偿的作用 采用刀具补偿功能，不仅可以大大简化数控加工程序的编写任务，还可采用刀具补偿功能，不仅可以大大简化数控加工程序的编写任务，还可以提高数控加工程序的利用率，主要表如今两方面。以提高数控加工程序的利用率，主要表如今两方面。 当刀具尺寸发生变化刀具磨损

3、、刀具改换等时，只需修正相应当刀具尺寸发生变化刀具磨损、刀具改换等时，只需修正相应的刀具参数即可。的刀具参数即可。 在同一台机床上对同一零件轮廓进展粗加工、半精加工和精加工等在同一台机床上对同一零件轮廓进展粗加工、半精加工和精加工等多道工序时，不用编写三种加工程序，可将各道工序所预留的加工余量参与多道工序时，不用编写三种加工程序，可将各道工序所预留的加工余量参与刀具参数即可。刀具参数即可。R2R3余量2余量3R3 = R + 余量3R2 = R + 余量2R1 = R + 0L1L2FrL1FFYXr 3 3、刀具补偿类型、刀具补偿类型 刀具补偿分为刀具长度补偿和刀具半径补偿两种类型。对于不同

4、机床上刀具补偿分为刀具长度补偿和刀具半径补偿两种类型。对于不同机床上所运用的不同类型的刀具，其补偿方式也不一样。所运用的不同类型的刀具，其补偿方式也不一样。 立铣刀立铣刀 ：主要是刀具半径补偿，有时需求刀具长度补偿；：主要是刀具半径补偿，有时需求刀具长度补偿； 钻头钻头 ：主要是刀具长度补偿；：主要是刀具长度补偿； 外圆车刀：即需求刀具半径补偿，也需求纵横两个坐标方向的刀具长外圆车刀：即需求刀具半径补偿，也需求纵横两个坐标方向的刀具长度补偿。度补偿。立铣刀ZX钻头XZ外圆车刀4、空间刀具半径补偿1根本原理假设CNC 系统具有三维刀具半径补偿功能,切削加工的刀位点数据实践上是由CNC 系统进展计

5、算,因此,三维刀具半径补偿原理与刀位点数据计算原理是一致的。所谓刀位点数据是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的数据。计算刀位点的数据,既可以是刀心点的坐标,也可以是刀尖点的坐标。本文一致采用刀心点的坐标,那么数控机床操作人员丈量刀具长度都是从刀心点开场计算,而不能从刀尖点开场计算,如以下图所示, L 表示刀具长度。然而，令刀具与加工外表切触点P 的坐标值为( x P , y P ,z P) , 加工外表在切触点P 点的单位法矢量为n =( nx , ny , nz ) 。对于环形刀, 刀具半径大于刃口半径,当切触点P 的法矢量与刀轴不平行时, 如图2a 所示,其刀心O 点的坐标为: 对于

6、端铣刀, 刃口半径为零, 其刀心O点的坐标为:对于球形刀,刃口半径等于刀具半径,如图2c 所示,其刀心O 点的坐标为:端铣刀和球形刀是环形刀的特殊方式, 是适宜于环形刀、 端铣刀及球铣刀的通用三维刀具半径补偿表达式。当切触点P 的法向矢量与刀轴平行(即nZ = 1)时,刀心O 点坐标按下式计算:利用以上对于平面刀具半径补偿原理以及空间坐标变换原理的分析, 可以对五轴坐标的空间刀具半径补偿进展研讨, 首先在刀具途径上选相邻3点, 然后以中间点为坐标原点, 中间点处刀轴方向为OZ轴。建立不断角坐标系OXYZ。求出3点在新坐标系下的坐标, 得出与3点相对应的OXY平面上的3点坐标, 之后运用平面刀具

7、半径补偿原理, 便可求出第2点经过刀具半径补偿后的坐标, 经过空间坐标反变换原理, 求出其在OXYZ 基坐标系下的坐标, 便可可实现空间坐标的半径补偿4 , 过程如图2所示。2空间刀具半径补偿算法研讨空间坐标变换空间刀具半径补偿算法研讨空间坐标变换设刀轨途径上的三点分别为P1 ( x1 , y1 , z1 ) 、P2 ( x2 , y2 , z2 ) 、P3 ( x3 , y3 ,z3 ) , 点P2 处刀轴的方向向量为( ax , ay , az ) , 与其相互垂直的恣意两方向向量设为( nx , ny , nz ) 、( ox , oy , oz ) , 以点P2 为坐标原点组成新坐标系

8、OXYZ。其中坐标系OXYZ与基坐标系OXYZ 之间的齐次坐标转换矩阵可表示为:式中: Ox、Oy、Oz 为坐标系OXYZ原点在基坐标系OXYZ 下的坐标。点P2 即是点P2 经过空间半径补偿后的对应点。由CAD /CAM软件生成的数控程序是根据编程刀具半径计算出来的刀具中心运动轨迹。当实践加工中刀具由于磨损而呵斥尺寸变化时, 程序的反复运用就遭到很大的限制, 这样会呵斥程序维护不易, 消费效率无法提高, 假设思索改换新刀具加工, 那么又存在添加备用刀具本钱的缺陷。假设所运用的五轴CNC系统带有以上所述的空间刀具半径补偿功能, 那么原有的程序和刀具依然可用, 只需在加工前丈量出刀具实践半径值即

9、可, 不用每次加工都保证所运用刀具半径与编程刀具半径相等。如图3所示的是运用刀半径补偿功能前后对加工结果的影响。3空间刀具半径补偿算法研讨方向矢量空间刀具半径补偿算法研讨方向矢量刀具半径矢量和方向矢量刀具半径矢量是指加工过程中, 一直垂直于编程轨迹, 且大小等于刀具半径值、方向指向刀具中心的矢量。方向矢量是指与刀具运动方向一致的单位矢量。圆弧的方向矢量指的是圆弧上某一点的切线方向, 其矢量方向是不断变化的, 每一点的矢量方向均不一样。刀心轨迹确实定先分析空间恣意一条直线的加工情况。如图1所示, 设刀具半径为R, 对于空间直线AB, 刀心轨迹从实际上是以直线AB 为轴线, 以R 为半径的圆柱面上的任一素线。但是由于刀轴的限制, 刀心轨迹是半个圆柱面上的任一素线。素线的分界面是按下述方法确定的平面P: 过点B 作平面xOy 的垂线于D, 那么平面ABD 垂直于平面xOy。过AB 作