产品设计CAM数控机器编程课件

产品设计CAM数控机器编程产品设计CAM数控机器编程1210.2.3前置处理前置处理在CAM系统中，首先根据所加工零件的结构特征，结合工艺决策（包括刀具选择、进给量等工艺参数的决定），生成描述加工过程的刀具轨迹信息文件用户前置处理的任务1）分析待加工表面一般来说，在一次加工中，只需对加工零件的部分表面进行加工，这一步骤的内容是：确定待加工表面及其约束面，并对其几何定义进行分析，必要的时候需对原始数据进行一定的预处理，要求所有几何元素的定义具有唯一性210.2.3前置处理前置处理用户前置处理的任务1）分析待2310.2.3前置处理用户前置处理的任务2）确定加工方法

根据零件毛坯形状以及待加工表面及其约束面的几何形态，并根据现有数控机床设备条件，确定零件的加工方法及所需的机床设备和工夹量具。工夹具的设计和选择依据：应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸系统。310.2.3前置处理用户前置处理的任务2）确定3产品设计CAM数控机器编程课件4产品设计CAM数控机器编程课件5610.2.3前置处理用户前置处理的任务5）选择合理的刀具根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具。一般来说，可根据加工方法和加工表面及其约束面的几何形态选择合适的刀具类型及刀具尺寸。但对于有的复杂曲面零件，则需要对加工表面及其约束面的几何形态进行数值计算，根据计算结果才能确定刀具类型和刀具尺寸。610.2.3前置处理用户前置处理的任务5）选择合理的刀具6710.2.3前置处理用户前置处理的任务6）选择合理的走刀路线合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。走刀路线的选择应从以下几个方面考虑：(1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。(2)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。(3)有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。710.2.3前置处理用户前置处理的任务6）选择合理的走刀7810.2.3前置处理用户前置处理的任务7）刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑对于菜单交互式图形数控编程系统来说，一般可在所定义加工表面及其约束面（或加工单元）上确定其外方向矢量方向，并选择一种走刀方式，根据所选择的刀具（或定义的刀具）和加工参数，系统将自动生成所需的刀具轨迹。所要求的加工参数包括：安全平面、主轴转速、进给速度、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、切削深度、加工余量、进刀段长度及退刀段长度等，当然，对于某一加工方式来说，只要求其中的部分加工参数。一般来说，CAM系统对所要求的加工参数都有一个缺省值。810.2.3前置处理用户前置处理的任务7）刀具轨迹生成及8910.2.4后置处理数控加工的后置处理模块（POST）是用来读取CAM系统生成的刀具路径文件．从中提取相关的加工信息，并根据指定机床的数控系统的特点以及NC程序的格式要求进行相应的分析、判断和处理，从而生成数控机床所能识别的NC程序。原因1）刀具路径文件格式的多样性2）NC程序格式的多样性3）技术需求的多样性910.2.4后置处理数控加工的后置处理模块（POS91010.2.4后置处理1）接口功能后置处理器能自动识别并读取不同CAD/CAM软伴所生成的刀具路径文件。2）NC程序生成功能数控机床一般具有直线插补、圆弧插补、自动换刀。夹具偏置、固定循环及冷却的功能。这些功能的实现是通过一系列代码的组合来完成的。3）专家系统功能后置处理不只是对刀具路径文件进行处理和转换，还要加入一定的工艺要求，如对于高速加工，后处理器会自动确定圆弧进给方式，以及合理的切入切出方法和参数。4）模拟仿真功能目前系统主要是针对刀具运动轨迹进行实际模拟。后置处理器的功能1010.2.4后置处理1）接口功能后置处理器能自动识101110.2.5加工仿真数控加工的仿真分为几何仿真和物理仿真两部分。几何仿真的主要目的是验证刀具路径的正确性，验证加工代码是否可行，并为物理仿真提供必要的切削几何信息，如材料去除体积、切削速度、轴向切削深度等。物理仿真主要是力学仿真，主要研究工件在切削时的物理状态，只有对物理仿真的机理研究透彻，才能真正意义上的满足虚拟制造的目的，即实际加工过程在计算机上的真实映射。1110.2.5加工仿真数控加工的仿真分为几何仿真和物理仿111210.2.5加工仿真体系结构输入信息工作几何模型工件加工信息工件物理模型NC程序自动生成及其解释程序仿真过程刀位轨迹仿真NC验证切削力仿真刀具表面粗糙度仿真数据库NC代码修改与确认仿真结果几何仿真优化的NC代码切削力振动曲线光洁度1210.2.5加工仿真体系结构输入信息工作几何模型工件加121310.2.6刀位仿真形式1)刀位轨迹仿真法（一）一般在后置处理之前进行。通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确，加工过程中是否发生过切，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀位轨迹是否正确，刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。1310.2.6刀位仿真形式1)刀位轨迹仿真法（一）131410.2.6刀位仿真形式(1)刀具轨迹显示验证

刀具轨迹显示验证的基本方法是：当待加工零件的刀具轨迹计算完成以后，将刀具轨迹在图形显示器上显示出来，从而判断刀具轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确。下图是采用球铣刀五坐标侧铣图加工透平压缩机叶轮叶片型面的显示验证图。1410.2.6刀位仿真形式(1)刀具轨迹显示验证141510.2.6刀位仿真形式(2)刀具轨迹截面法验证截面法验证是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上的刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图显示在屏幕上，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程中是否存在过切。截面法验证主要应用于侧铣加工、型腔加工及通道加工的刀具轨迹验证。截面形式有横截面、纵截面及曲截面等三种方法。1510.2.6刀位仿真形式(2)刀具轨迹截面法151610.2.6刀位仿真形式

横截面方式：构造一个与走刀路线上刀具的刀轴方向大致垂直的平面，然后用该平面去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从而得到一张所选刀位点上刀具与加工表面及其约束面的截面图。

纵截面验证不仅可以得到一张反映刀杆与加工表面、刀尖与导动面的接触情况的定性验证图，还可以得到一个定量的干涉分析结果表1610.2.6刀位仿真形式横截面方式：构造一161710.2.6刀位仿真形式

曲截面验证曲截面验证的基本方法是：用一指定的曲面去截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，得到一张反映刀杆与加工表面及其约束面的接触情况的曲截面验证图。它主要应用于整体叶轮的五坐标数控加工。1710.2.6刀位仿真形式曲截面验证171810.2.6刀位仿真形式刀具轨迹数值验证也称为距离验证，是一种刀具轨迹的定量验证方法。它通过计算各刀位点上刀具表面与加工表面之间的距离进行判断，若此距离为正，表示刀具离开加工表面一个距离；若距离为负，表示刀具与加工表面过切。1810.2.6刀位仿真形式刀具轨迹数值验证也称为距离验证181910.2.6刀位仿真形式

三维动态切削图形仿真验证是采用实体造型技术建立加工零件毛坯、机床、夹具及刀具在加工过程中的实体几何模型，然后将加工零件毛坯及刀具的几何模型进行快速布尔运算（一般为减运算），最后采用真实感图形显示技术，把加工过程中的零件模型、机床模型、夹具模型及刀具模型动态地显示出来，模拟零件的实际加工过程。1910.2.6刀位仿真形式三维动态切削图形仿真验192010.2.6刀位仿真形式

虚拟加工方法是应用虚拟现实技术实现加工过程的仿真技术。虚拟加工法主要要解决加工过程和实际加工环境中，工艺系统间的干涉碰撞问题和运动关系。由于加工过程是一个动态的过程，刀具与工件、夹具、机床之间的相对位置是变化的，工件从毛坯开始经过若干道工序的加工，在形状和尺寸上均在不断变化，因此虚拟加工法是在各组成环节确定的工艺系统上进行动态仿真。2010.2.6刀位仿真形式虚拟加工方法是应用虚拟202110.2.8刀具轨迹编辑(1)刀具轨迹的删除。(2)刀具轨迹的拷贝和粘贴(3)刀具轨迹的平移(4)刀具轨迹的旋转(5)刀具轨迹的镜像(6)刀具轨迹的延伸(7)刀具轨迹的修剪(8)刀具轨迹的反向(9)刀具轨迹的恢复(10)刀具轨迹上刀位点的匀化(11)刀具轨迹的编排。2110.2.8刀具轨迹编辑(1)刀具轨迹的删除。(22122小结1前置处理3加工仿真4刀位仿真形式2后置处理5刀具轨迹编辑22小结1前置处理3加工仿真4刀位仿真形式2后置处理5刀具轨22产品设计CAM数控机器编程产品设计CAM数控机器编程232410.2.3前置处理前置处理在CAM系统中，首先根据所加工零件的结构特征，结合工艺决策（包括刀具选择、进给量等工艺参数的决定），生成描述加工过程的刀具轨迹信息文件用户前置处理的任务1）分析待加工表面一般来说，在一次加工中，只需对加工零件的部分表面进行加工，这一步骤的内容是：确定待加工表面及其约束面，并对其几何定义进行分析，必要的时候需对原始数据进行一定的预处理，要求所有几何元素的定义具有唯一性210.2.3前置处理前置处理用户前置处理的任务1）分析待242510.2.3前置处理用户前置处理的任务2）确定加工方法

根据零件毛坯形状以及待加工表面及其约束面的几何形态，并根据现有数控机床设备条件，确定零件的加工方法及所需的机床设备和工夹量具。工夹具的设计和选择依据：应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸系统。310.2.3前置处理用户前置处理的任务2）确定25产品设计CAM数控机器编程课件26产品设计CAM数控机器编程课件272810.2.3前置处理用户前置处理的任务5）选择合理的刀具根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具。一般来说，可根据加工方法和加工表面及其约束面的几何形态选择合适的刀具类型及刀具尺寸。但对于有的复杂曲面零件，则需要对加工表面及其约束面的几何形态进行数值计算，根据计算结果才能确定刀具类型和刀具尺寸。610.2.3前置处理用户前置处理的任务5）选择合理的刀具282910.2.3前置处理用户前置处理的任务6）选择合理的走刀路线合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。走刀路线的选择应从以下几个方面考虑：(1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。(2)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。(3)有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。710.2.3前置处理用户前置处理的任务6）选择合理的走刀293010.2.3前置处理用户前置处理的任务7）刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑对于菜单交互式图形数控编程系统来说，一般可在所定义加工表面及其约束面（或加工单元）上确定其外方向矢量方向，并选择一种走刀方式，根据所选择的刀具（或定义的刀具）和加工参数，系统将自动生成所需的刀具轨迹。所要求的加工参数包括：安全平面、主轴转速、进给速度、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、切削深度、加工余量、进刀段长度及退刀段长度等，当然，对于某一加工方式来说，只要求其中的部分加工参数。一般来说，CAM系统对所要求的加工参数都有一个缺省值。810.2.3前置处理用户前置处理的任务7）刀具轨迹生成及303110.2.4后置处理数控加工的后置处理模块（POST）是用来读取CAM系统生成的刀具路径文件．从中提取相关的加工信息，并根据指定机床的数控系统的特点以及NC程序的格式要求进行相应的分析、判断和处理，从而生成数控机床所能识别的NC程序。原因1）刀具路径文件格式的多样性2）NC程序格式的多样性3）技术需求的多样性910.2.4后置处理数控加工的后置处理模块（POS313210.2.4后置处理1）接口功能后置处理器能自动识别并读取不同CAD/CAM软伴所生成的刀具路径文件。2）NC程序生成功能数控机床一般具有直线插补、圆弧插补、自动换刀。夹具偏置、固定循环及冷却的功能。这些功能的实现是通过一系列代码的组合来完成的。3）专家系统功能后置处理不只是对刀具路径文件进行处理和转换，还要加入一定的工艺要求，如对于高速加工，后处理器会自动确定圆弧进给方式，以及合理的切入切出方法和参数。4）模拟仿真功能目前系统主要是针对刀具运动轨迹进行实际模拟。后置处理器的功能1010.2.4后置处理1）接口功能后置处理器能自动识323310.2.5加工仿真数控加工的仿真分为几何仿真和物理仿真两部分。几何仿真的主要目的是验证刀具路径的正确性，验证加工代码是否可行，并为物理仿真提供必要的切削几何信息，如材料去除体积、切削速度、轴向切削深度等。物理仿真主要是力学仿真，主要研究工件在切削时的物理状态，只有对物理仿真的机理研究透彻，才能真正意义上的满足虚拟制造的目的，即实际加工过程在计算机上的真实映射。1110.2.5加工仿真数控加工的仿真分为几何仿真和物理仿333410.2.5加工仿真体系结构输入信息工作几何模型工件加工信息工件物理模型NC程序自动生成及其解释程序仿真过程刀位轨迹仿真NC验证切削力仿真刀具表面粗糙度仿真数据库NC代码修改与确认仿真结果几何仿真优化的NC代码切削力振动曲线光洁度1210.2.5加工仿真体系结构输入信息工作几何模型工件加343510.2.6刀位仿真形式1)刀位轨迹仿真法（一）一般在后置处理之前进行。通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确，加工过程中是否发生过切，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀位轨迹是否正确，刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。1310.2.6刀位仿真形式1)刀位轨迹仿真法（一）353610.2.6刀位仿真形式(1)刀具轨迹显示验证

刀具轨迹显示验证的基本方法是：当待加工零件的刀具轨迹计算完成以后，将刀具轨迹在图形显示器上显示出来，从而判断刀具轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确。下图是采用球铣刀五坐标侧铣图加工透平压缩机叶轮叶片型面的显示验证图。1410.2.6刀位仿真形式(1)刀具轨迹显示验证363710.2.6刀位仿真形式(2)刀具轨迹截面法验证截面法验证是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上的刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图显示在屏幕上，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程中是否存在过切。截面法验证主要应用于侧铣加工、型腔加工及通道加工的刀具轨迹验证。截面形式有横截面、纵截面及曲截面等三种方法。1510.2.6刀位仿真形式(2)刀具轨迹截面法373810.2.6刀位仿真形式

横截面方式：构造一个与走刀路线上刀具的刀轴方向大致垂直的平面，然后用该平面去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从而得到一张所选刀位点上刀具与加工表面及其约束面的截面图。

纵截面验证不仅可以得到一张反映刀杆与加工表面、刀尖与导动面的接触情况的定性验证图，还可以得到一个定量的干涉分析结果表1610.2.6刀位仿真形式横截面方式：构造一383910.2.6刀位仿真形式

曲截面验证曲截面验证的基本方法是：用一指定的曲面去截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，得到一张反映刀杆与加工表面及其约束面的接触情况的曲截面验证图。它主要应用于整体叶轮的五坐标数控加工。1710.2.6刀位仿真形式曲截面验证394010.2.6刀位仿真形式刀具轨迹数值验证也称为距离验证，是一种刀具轨迹的定量验证方法。它通过计算各刀