CAXA 第四章 加工轨迹的生成

CAXA第四章加工轨迹的生成本章介绍如何在CAXA软件中生成加工轨迹,以确保机床能够沿着预设的路径高效、稳定地进行加工。我们将深入探讨各种轨迹生成技术的原理和应用。byJerryTurnersnull4.1加工轨迹概述定义加工轨迹是指数控机床在加工过程中工具和工件之间相对运动的路径。它是数控加工的基础。特点加工轨迹应符合加工要求,满足加工精度、表面质量、加工效率等目标。同时要考虑机床的运动能力和限制。分类加工轨迹可分为线性轨迹和非线性轨迹。线性轨迹包括直线和圆弧,非线性轨迹包括样条曲线和NURBS曲线。4.1.1加工轨迹的定义加工轨迹是指加工过程中刀具或工件的运动轨迹。它描述了加工过程中刀具相对于工件的运动路径。加工轨迹的定义是加工制造中的一个重要概念,它将直接影响到加工质量、加工效率以及产品的几何精度。精确的加工轨迹是实现高质量加工的关键所在。4.1.2加工轨迹的特点加工轨迹具有高度专业性和复杂性,需要精确的计算和建模。加工轨迹涉及多个加工参数的动态调整,如进给速度、转速和切深等。加工轨迹存在误差累积,需要优化和修正以确保加工质量。4.1.3加工轨迹的分类根据加工轨迹的变化类型，可将其分为线性加工轨迹和非线性加工轨迹。线性加工轨迹包括直线加工和圆弧加工，使用线性插补算法实现。非线性加工轨迹包括B样条曲线和NURBS曲线，使用非线性插补算法实现。线性加工轨迹线性加工轨迹是数控加工中最基础和最常见的两种加工轨迹类型,包括直线加工轨迹和圆弧加工轨迹。这些轨迹特点简单明了,容易编程和控制,是实现高精度加工的基础。4.2.1直线加工轨迹直线加工轨迹是指加工过程中刀具沿直线移动的轨迹。这是最基础和简单的加工轨迹形式之一。直线轨迹可以用于平面加工、槽型加工等工艺。该轨迹特点是运动简单、加工效率高、容易实现和控制。在CAD/CAM软件中,通常可以通过鼠标拖动或输入直线端点坐标来定义此类轨迹。圆弧加工轨迹圆弧加工轨迹是CNC加工中常见的一种工艺轨迹,由一段圆弧构成。圆弧轨迹可以用于加工圆角、倒角等特征,提高工件表面质量。圆弧轨迹需要精确计算半径、起始角、终止角等参数,以确保加工精度。适当使用圆弧加工可以减少刀具磨损,提高加工效率。加工软件通常自带圆弧插补算法,可以根据输入的圆弧几何参数自动生成加工代码。线性插补线性插补是常见的加工轨迹生成方法之一，能够生成直线或圆弧型的加工路径。该方法根据起点、终点坐标以及加工速度，通过简单的线性数学计算确定每个加工点的位置。线性插补生成的轨迹连续平稳，非常适合用于中低速加工。非线性加工轨迹除了线性插补的直线和圆弧轨迹之外,非线性加工轨迹运用了更为复杂的曲线插补算法,如B样条曲线和NURBS曲线,可以生成更自由流畅的曲线轨迹,满足复杂工件的加工需求。这种轨迹生成方式更加灵活,可以适应多样的加工场景。B样条曲线B样条曲线是一种广泛应用于计算机图形学和CAD/CAM领域的非均匀有理B样条曲线。B样条曲线由一系列控制点定义,可以形成光滑的曲线,具有局部可控性。它可以精确地表示复杂的几何形状,在加工轨迹规划中广泛应用于非线性插补。NURBS曲线NURBS(Non-UniformRationalB-Splines)曲线是一种强大的数学表达方式,可以用来精确描述复杂的自由曲面。NURBS曲线具有高度的灵活性和可控性,能够灵活调整曲线形状,适用于各种加工工艺。通过调整NURBS曲线的控制点和权重,可以实现平滑连续的曲面过渡,满足复杂零件的加工需求。4.3.3非线性插补非线性插补是一种高级的加工轨迹生成技术，可以生成复杂的曲线轨迹。与传统的线性插补相比，非线性插补能够更好地描述复杂的曲面和自由曲线。非线性插补常见的算法包括B样条曲线和NURBS曲线，可以生成更平滑、更自然的轨迹。五轴联动加工轨迹五轴联动加工是指利用五个独立的轴旋转和移动工具和工件之间的相对关系,以实现更复杂曲面的加工。这种灵活的加工方式可以大大提高加工效率和产品质量。4.4.1五轴联动的定义五轴联动加工指机床具备额外的两个自由度,以便在三维空间中自由控制工具姿态。工具可以在X、Y、Z轴上移动,同时还可以绕A、B、C轴旋转,实现复杂曲面的加工。这种灵活的加工方式能够大大提高加工效率,提升产品质量,适用于航空航天、汽车等行业。4.4.2五轴联动的应用五轴联动广泛应用于机械加工、航空航天、汽车制造等领域。它能够实现复杂曲面和自由曲面的高效加工，如涡轮叶片、叶轮、螺旋桨等。在医疗领域,五轴联动用于制造定制化的义肢和假体,可根据不同患者的需求进行精准定制。在文化艺术领域,五轴联动也可用于定制化雕塑、工艺品的加工制造。它提供了更大的自由度,实现更加复杂和创新的造型。4.4.3五轴联动的优势提高加工精度：五轴联动能够准确控制工件的姿态和刀具的运动,从而大大提高加工精度。缩短加工时间：五轴联动能够更好地利用刀具,减少刀具换向和重复切削,显著提高加工效率。提升生产灵活性：五轴联动可以加工复杂曲面,为制造商提供更多的设计自由度和生产灵活性。加工轨迹的优化为了提高加工质量和效率,对加工轨迹进行优化是非常必要的。这包括轨迹平滑化、轨迹修正和轨迹仿真等多个方面的优化处理。轨迹平滑化轨迹平滑化是加工轨迹优化的一个关键步骤。它通过应用数学算法,将原始的离散坐标点连接成更加流畅自然的曲线轨迹,从而提高加工精度和效率。主要的平滑化方法有B样条平滑、NURBS曲线平滑等。平滑后的轨迹将具有更好的连续性和光顺性,有利于减少加工中的突变和振动,从而提高零件表面质量。同时还能降低机床的运动负荷,延长机床使用寿命。4.5.2轨迹修正在加工过程中,由于各种因素的影响,加工轨迹可能与理论轨迹存在偏差。轨迹修正技术旨在根据实际加工状况,调整加工轨迹,以确保零件的形状、尺寸和表面质量符合要求。常用的轨迹修正方法包括基于传感器数据的实时轨迹修正、基于仿真模型的离线轨迹修正等。这些方法可以采用各种算法,如最小二乘法、Kalman滤波等,以提高轨迹修正的精度和效率。4.5.3轨迹仿真轨迹仿真是评估加工轨迹的关键步骤。通过仿真,我们可以检查轨迹的连续性、碰撞检测和加工参数是否符合要求。先进的仿真软件可以模拟机床运动,并可视化整个加工过程,让我们在实际加工之前就发现并优化轨迹问题。加工轨迹的输出完成加工轨迹的设计后,需要将其输出并应用到实际的加工过程中。这包括生成NC代码以及可视化加工轨迹,为后续的加工过程提供指导。4.6.1NC代码生成NC代码是数控机床加工所需的程序代码,是加工轨迹的最终输出格式。NC代码生成是将计算机中的加工轨迹数据转换为数控机床可以识别的指令代码的过程。它需要考虑机床的运动特性、刀具运动轨迹、切削参数等因素,生成优化效果的NC代码。根据加工轨迹数据,生成符合机床控制要求的G代码将各种切削参数如进给速度、主轴转速等转换为相应的NC代码指令优化NC代码,提高加工效率和精度,减少机床振动和损耗加工轨迹的可视化可视化加工轨迹是CAXA系统的重要功能之一。它可以直观地展示生成的加工轨迹,包括直线、圆弧、B样条曲线等不同类型的轨迹。通过3D模型和仿真动画,用户可以预览整个加工过程,检查轨迹是否存在干涉或碰撞问题。加工轨迹可视化可以使用多种展示方式,如运动路径、刀具姿态、材料切削等,并可以设置不同的视角和放大