现代数控编程技术(第06讲--数控铣削加工及编程--仿真)
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数控机床编程与操作6、数控铣削加工工艺
①
对曲率半径变化不大和精度要求不高的粗加工，常使用两轴 半坐标的数控铣床采用行切法加工。所谓行切法是指刀具与 零件轮廓的的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离按零件 加工精度的要求确定。如下图所示。
第6讲 数控铣削加Leabharlann 工艺两轴半坐标行切法加工曲面
第6讲 数控铣削加工工艺
②
对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常 使用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法进行加工。
② ③
④
第6讲 数控铣削加工工艺
⑶ 零件的变形分析 零件在数控铣削加工过程中会产生变形，不仅影响加工 质量，而且当变形较大时使加工无法进行。这就需采取工艺 措施来预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处 理，对不能用热处理方法解决的，可采用粗加工、精加工及 对称去除余量等常规方法。 ⑷ 零件毛坯的工艺性分析 根据实际的使用经验，下列几方面应该作为零件毛坯工 艺性分析的要点： 1）毛坯应该有充分、稳定的加工余量。
第6讲 数控铣削加工工艺
7.与起刀、进刀、退刀相关的工艺处理 （1）程序起始点、返回点、切入点、切出点的确定 1）程序起始点、返回点的确定 在同一程序或一个零件在几个程序中加工时起始点和返回 点最好相同，这样操作上就比较方便，并且其坐标值都设为0。 2）切入点选择的原则 对粗加工来说，选择曲面内的最高点作为曲面的切入点。 对于精加工来说，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲 面的切入点。 3）切出点选择的原则 若被加工曲面为开放型曲面，用曲面的某角点作为切出点； 若被加工曲面为封闭型曲面，只能用曲面的一个角点作为切出 点。
6.1 数控铣削加工工艺的主要内容
下列加工内容比较适宜采用数控铣削加工：
①
零件上的平面曲线轮廓表面（如图所示）特别是由数学表达 式给出的非圆曲线和列表曲线建立的空间曲线。
对曲率半径变化不大和精度要求不高的粗加工，常使用两轴 半坐标的数控铣床采用行切法加工。所谓行切法是指刀具与 零件轮廓的的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离按零件 加工精度的要求确定。如下图所示。
第6讲 数控铣削加Leabharlann 工艺两轴半坐标行切法加工曲面
第6讲 数控铣削加工工艺
②
对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常 使用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法进行加工。
② ③
④
第6讲 数控铣削加工工艺
⑶ 零件的变形分析 零件在数控铣削加工过程中会产生变形，不仅影响加工 质量，而且当变形较大时使加工无法进行。这就需采取工艺 措施来预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处 理，对不能用热处理方法解决的，可采用粗加工、精加工及 对称去除余量等常规方法。 ⑷ 零件毛坯的工艺性分析 根据实际的使用经验，下列几方面应该作为零件毛坯工 艺性分析的要点： 1）毛坯应该有充分、稳定的加工余量。
第6讲 数控铣削加工工艺
7.与起刀、进刀、退刀相关的工艺处理 （1）程序起始点、返回点、切入点、切出点的确定 1）程序起始点、返回点的确定 在同一程序或一个零件在几个程序中加工时起始点和返回 点最好相同，这样操作上就比较方便，并且其坐标值都设为0。 2）切入点选择的原则 对粗加工来说，选择曲面内的最高点作为曲面的切入点。 对于精加工来说，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲 面的切入点。 3）切出点选择的原则 若被加工曲面为开放型曲面，用曲面的某角点作为切出点； 若被加工曲面为封闭型曲面，只能用曲面的一个角点作为切出 点。
6.1 数控铣削加工工艺的主要内容
下列加工内容比较适宜采用数控铣削加工：
①
零件上的平面曲线轮廓表面（如图所示）特别是由数学表达 式给出的非圆曲线和列表曲线建立的空间曲线。
数控铣编程培训讲义
M代码
M代码用于控制机床辅助 功能，如主轴的启停、冷 却液的开关等。
T代码
T代码用于选择刀具和刀具 补偿参数。
数控铣编程中的坐标系
机床坐标系
机床坐标系是数控铣床固有的坐 标系，用于描述机床原点位置和
机床运动方向。
工件坐标系
工件坐标系是相对于工件而言的坐 标系，用于描述工件的尺寸和位置。
加工坐标系
加工坐标系是在工件上建立的坐标 系，用于描述刀具的加工轨迹。
ABCD
总结词
能够根据曲面零件的特点，制定合理的加工工艺 和装夹方案。
总结词
熟悉曲面零件的测量和检验方法，能够对加工结 果进行评估和优化。
04
数控铣编程常见问题与 解决方案
刀具路径生成错误
总结词
刀具路径生成错误是数控铣编程中常见的问题，它可能导致加工过程无法顺利 进行。
详细描述
刀具路径生成错误通常是由于编程软件中的算法错误或输入参数不正确导致的。 解决方案包括检查刀具路径生成算法的正确性，确保输入参数的准确性，以及 在必要时进行手动调整。
数控铣编程培训讲义
目录
• 数控铣编程基础 • 数控铣编程核心技术 • 典型零件的数控铣编程实例 • 数控铣编程常见问题与解决方案 • 数控铣编程发展趋势与展望 • 实际操作与练习
01
数控铣编程基础
数控铣床简介
01
02
03
数控铣床定义
数控铣床是一种高精度、 高效率的自动化机床，通 过数字控制技术对铣削过 程进行精确控制。
智能化、自动化加工技术
总结词
智能化、自动化加工技术是数控铣编程的未来发展方向，能够提高加工过程的自适应性、 稳定性和可靠性。
详细描述
数控仿真-数控铣床编程与加工全过程
数控铣床编程与加工第一章数控铣床编程与加工熟悉数控铣操作面板一、进入系统打开“开始”菜单。
在“程序/数控加工仿真系统/”中选择“数控加工仿真系统（FANUC）”点击，进入。
1.1 软件操作介绍1.1.1 选择机床如图1-1-1-1点击菜单“机床/选择机床…”，在选择机床对话框中控制系统选择FANUC，机床类型选择铣床并按确定按钮，此时界面如图1-1-1-2所示。
图1-1-1-1图1-1-1-21.1.2机床回零在操作面板的旋钮位置点击鼠标左键，再点击按钮，再点击按钮，点击三个轴中分别点击，此时X、Y、Z三个轴将分别回零，相应操作面板上X、Y、Z轴的指示灯亮，同时CRT屏幕上的X、Y、Z坐标发生变化；此时CRT和操作面板上的指示灯如图1-1-2-1所示，同时机床的变化如图1-1-2-2所示。
图1-1-2-1 CRT界面图1-1-2-21.1.3 安装零件点击菜单“零件/定义毛坯…”，在定义毛坯对话框（如图2-1-3-1）中可改写零件尺寸高和直径，按确定按钮。
点击菜单“零件/放置零件…”，在选择零件对话框（如图1-1-3-2）中，选取名称为“毛坯1”的零件，并按确定按钮，界面上出现控制零件移动的面板，可以用其移动零件，此时点击面板上的退出按钮，关闭该面板，此时机床如图1-1-3-3 所示，零件已放置在机床工作台面上。
图1-1-3-1 图 1-1-3-2图 1-1-3-3 移动零件面板及机床上的零件1.1.4 输入NC程序点击菜单“视图/控制面板切换”，打开FANUC系统的MDI键盘，此时界面如图1-1-4-1所示。
图1-1-4-1点击编辑状态上的键，CRT如图2-1-4-3所示；在通过状态一次输入O0001，再点击键，即可输入预先编辑好的数控程序，此时CRT如图1-1-4-2所示。
图1-1-4-2 输入数控程序前后的CRT界面如何通过MDI键盘编辑和输出数控程序，在后面数控程序编辑介绍。
（参见第二部分第四章FANUC系统中4.2“数控程序处理”）1.1.5 检查运行轨迹点击控制面板上的命令，再点击操作面板上的按钮自动运行，再点击操作面板上的按钮循环启动，即可观察数控程序的运行轨迹，此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对运行轨迹进行全方位的动态观察，运行轨迹如图1-1-5-1所示。
数控铣削加工工艺与编程实例培训资料共55页
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
数控铣削加工工艺与编程实例培训资料 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富Βιβλιοθήκη ❖ 丰富你的人生71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
数控铣削加工工艺与编程实例培训资料 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
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(数控机床操作与编程)下篇数控铣削编程与操作导论
下篇 数控铣削编程与操作导论
1.数控铣床及数控加工中心 在数控加工中心，目前的编程方法通常有两种：①简单轮廓——直线、圆弧组成的轮廓，直接用
数控系统的G代码编程；②复杂轮廓——三维曲面轮廓，在计算机中用自动编程软件(CAD/CAM)画出 三维图形，根据曲面类型设定各种相应的参数，自动生成数控加工程序。
下篇 数控铣削编程与操作导论
2.FANUC Series 0i Mate-TD数控系统 各功能键名称及其简要功能如下。 HELP：帮助键，按此键可以显示帮助信息。 RESET：复位键，按此键可以停止程序运行，也可以解除机床红字报警状态。 PAGE↑ PAGE↓ : 翻页键。 ：光标移动键。 EOB:程序分行键，在数控系统中显示为“；”(分号)。
下篇 数控铣削编程与操作导论
4.数控铣削刀具 按刀具夹紧方式来划分，刀柄可分为弹簧夹头刀柄、侧固式刀柄、液压夹紧式刀柄和冷缩夹紧
式刀柄等形式。 弹簧夹头刀柄。主要夹持小规格铣刀,钻头,丝锥等。采用ER型卡簧,适用于夹持16 mm以下直径
的铣刀进行铣削加工，如图0-10所示;若采用KM型卡簧,则称为强力夹头刀柄,可以提供较大夹紧力, 适用于夹持16 mm以上直径的铣刀进行强力铣削。面铣刀刀柄。用于与面铣刀盘配套使用。
而可在工件一次装夹中实现五个面的加工。 按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五
轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同 时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。
按工作台的数量和功能分：有单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。
下篇 数控铣削编程与操作导论
1.数控铣床及数控加工中心 数控技术，简称数控（Numerical Control）。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行
数控铣削加工工艺与编程
第三章数控铣削加工工艺与编程第一节数控铣削加工工艺序号：19要紧内容：一、数控铣床的要紧加工对象数控铣床的要紧加工对象有：1．平面类零件2.变歪角类零件3．曲曲折折曲曲折折折折面类(立体类)零件。
二、数控铣削加工工艺规程的制订数控加工程序不仅包括零件的工艺规程，还包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸和铣床的运动过程等，因此必须对数控铣削加工工艺方案进行具体的制定。
1．数控铣削加工的内容〔1〕零件上的曲曲折折曲曲折折折折线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲曲折折曲曲折折折折线和列表曲曲折折曲曲折折折折线等曲曲折折曲曲折折折折线轮廓；〔2〕已给出数学模型的空间曲曲折折曲曲折折折折面；〔3〕外形复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；〔4〕用通用铣床加工时难以瞧瞧、测量和操纵进给的内外凹槽；〔5〕以尺寸协调的高精度孔或面；〔6〕能在一次安装中顺带铣出来的简单外表；〔7〕采纳数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。
2．零件的工艺性分析〔1〕零件图样分析1〕零件图样尺寸的正确标注；2〕零件技术要求分析；3〕零件图上尺寸标注是否符合数控加工的特点。
〔2〕零件结构工艺性分析1〕保证获得要求的加工精度；2〕尽量统一零件外轮廓、内腔的几何类型和有关尺寸；3〕选择较大的轮廓内圆弧半径；4〕零件槽底部圆角半径不宜过大；5〕保证基准统一原那么；6〕分析零件的变形情况。
〔3〕零件毛坯的工艺性分析1〕毛坯应有充分、稳定的加工余量；2〕分析毛坯的装夹适应性；3〕分析毛坯的余量大小及均匀性。
小结：数控铣床要紧加工对象的特点、零件的工艺性分析。
序号：20课题课题二数控铣削工艺路线课时 2目的要求具体了解制定数控铣削工艺路线的各个环节，明确各项细那么，掌握“合理〞度。
知识点加工方法、工序、加工顺序、装夹方案、进给路线、切进、切出、行切、环切。
要害点加工方法、加工顺序、进给路线、切进、切出教学进程设计1．具体介绍数控铣削工艺路线的各个环节；2．强调合理性；3．举例引证。
数控铣削编程及仿真加工
实训十 数控铣削编程及仿真加工一、 实训目的1．熟悉数控铣床的外形布局及运动分配。
2．熟悉数控铣床的操作方法。
3．掌握编制数控加工程序的基本方法及常用指令的使用。
二、 实训环境及操作1. 实验平台：VNUC(数控加工仿真软件) FANUC 数控铣床 2. 机床主要技术参数： X 轴行程范围：－1300～0 mm Y 轴行程范围：－640～0 mm Z 轴行程范围：－600～0 mm 最高主轴转速：9999.r.p.m 最大进给速度：24000 mm / min 3. 仿真实验环境及操作：打开VNUC FANUC 系统，进入主界面如图10-1。
屏幕分为左右两部分，左侧为数控机床仿真操作区，右侧为机床控制面板。
功能简介如下：(1).主菜单：七个主菜单“文件、显示、工艺流程、工具、选项、教学管理、帮助”。
点击主菜单，出现子菜单如图10-2。
仿真操作区机床控制面板主菜单视图操作图10-1主界面图10-2 主菜单与子菜单(2).机床及加工实体图：可以从不同视角显示机床及加工区实体。
(3).视图操作：扩大和缩小图像：按下。
将光标移到机床上任意处。
按下鼠标左键，按住并向上、下方轻轻拖动，即可放大缩小图像。
局部扩大：按下。
将光标移到机床需要放大的部位，按下并拖动鼠标左键，即可局部放大。
旋转图像：按下，将光标移到机床上任意处。
按下鼠标左键，拖动，即可旋转图像。
移动图像：按下图标，将光标移到机床上任意处，按下鼠标左键，向目的方向拖动鼠标，至满意位置时松开即可。
基准辅助视图（图10-3）：对刀时，为了看清毛坯与基准的接触情况，可以使用“基准辅助视图”。
选择菜单栏“显示”/“辅助视图”，即可打开“基准辅助视图”窗口；再次选择菜单栏“显示”/“辅助视图”，即可关闭该窗口。
●辅助视图窗口中，灰色为基准工具圆棒，黄色为毛坯，红线是塞尺；左侧三个灰色按键选择不同平面视角；灰键下方的带有数字的下拉菜单，用于选择塞尺的厚度；窗口提示栏用文字表明当前的基准棒与毛坯的接触状况：“太紧”、“太松”、“合适”●操作键（图10-4）◆急停键：用于锁住机床。
数控铣削加工编程
数控铣削加工编程
数控铣削加工编程，简称CNC编程，在现代制造业中已成为一项重要的技术。
CNC编程是一种利用计算机来控制数控铣床执行加工操作的技术。
因其高效、精度高、可重复性强等优点，被广泛应用于制造业的各个领域，例如航空、汽车、船舶、电子等。
CNC编程需要掌握的知识点包括机床操作、数学知识、材料学、CAD设计和计算机编程等。
CNC编程的程序是由一系列指令组成的，它们控制着数控铣床上加工工具的动作。
这些指令包括插补指令、运动控制指令、曲线运动指令和其他的一些控制指令等。
CNC编程需要掌握的核心技术包括：数控编程语言掌握、数学运算及几何知识、机床特性及工艺技术掌握、CAD/CAM
软件应用及知识体系的建立以及数控加工的实际操作和调整技能等，需要对机床工作原理和实际操作有充分的理解，具备较强数学思维能力和分析能力，能够快速准确地进行计算和分析。
在进行CNC编程时，需要先制定工作计划，明确加工零件的要求和工作参数，编写程序，然后将程序导入数控铣床的控制系统中。
在加工过程中，需要根据实际情况进行调整和调试，确保加工质量符合要求。
CNC编程具有很多优点，例如提高了加工效率，降低了人为干扰的影响，提高了加工精度和稳定性，减少了人工操作的劳动强度和工作时间等。
同时，由于CNC编程具有高度一致性和可重复性，因此可以缩短制造周期，提升产能。
总之，CNC编程是现代制造业中必不可少的一项技术，它在工业制造、航空航天、汽车制造、电子制造等领域中得到了广泛的应用。
掌握CNC编程技术，对于从事这些行业工作的人员来说，是一项必要的技能。
铣床编程仿真加工
铣床编程仿真加工一、编程步骤：建立加工坐标系并使刀头移到坐标系原点、移动刀具使刀头离开工件3-5mm，在此过程中建立刀补、开冷却液切割工件、切割完成之后，使工具移到坐标系原点，取消刀补。
使光标回到程序第一行。
二、仿真软件1.准备步骤打开菜单“机床/选择机床…”，或单击机床图标菜单，单击弹出“选择机床”对话框，界面。
选择数控系统FANUC0i和相应的机床，这里假设选择铣床，通常选择标准类型，按确定按钮，系统即可切换到铣床仿真加工界面。
2.建模（1）定义毛胚打开菜单“零件/定义毛坯”或在工具条上选择“”，系统弹出定义毛坯的对话框，有长方形和圆形两种毛坯可供选择。
在定义毛坯对话框中，各字段的含义如下：名字：在毛坯名字输入框内输入毛坯名，也可使用缺省值；形状：在毛坯形状框内点击下拉列表，选择毛坯形状。
铣床、加工中心有两种形状的毛坯供选择，长方形毛坯和圆柱形毛坯，车床仅提供圆柱形毛坯；材料：在毛坯材料框内点击下拉列表，选择毛坯材料。
毛坯材料列表框中提供了多种供加工的毛坯材料，可根据需要在“材料”下拉列表中选择毛坯材料毛坯尺寸：点击尺寸输入框，即可改变毛坯尺寸，单位：毫米。
完成以上操作后，按“确定”按钮，保存定义的毛坯并且退出本操作，也可按“取消”按钮，退出本操作。
（2）导出零件模型对于经过部分加工的工件，打开菜单“文件/导出零件模型”，系统弹出“另存为”对话框，在对话框中输入文件名，按保存按钮，就可将这个未完成加工的零件保存为零件模型，可在以后放置零件时通过导入零件模型而调用。
（3）导入零件模型机床在加工零件时，除了可以使用原始的毛坯，还可以对经过部分加工的毛坯进行再加工。
经过部分加工的毛坯称为零件模型，可以通过导入零件模型的功能调用零件模型。
打开菜单“文件/导入零件模型”，若已通过导出零件模型功能保存过成型毛坯，则系统将弹出“打开”对话框，在此对话框中选择并且打开所需的后缀名为“PRT”的零件文件，则选中的零件模型被放置在工作台面上，此类文件为已通过“文件/导出零件模型”所保存的成型毛坯。
最新数控铣削加工编程与操作精品课件数控加工工艺原理
合理选择加工基准
确定合理的加工工艺路线
知识目标
1．掌握零件加工时定位基准的选择原则； 2．掌握加工工艺的制定原则。
技能目标
1．能够确定正确的装夹方案； 2．能够合理安排加工顺序； 3. 能够正确选择加工路线。
一、合理选择加工基准
1.基准的概念
1） 设计 基准
在零件图上用以确定其他点、线、面位置的 基准称为设计基准。
2） 工艺 基准
零件在加工和装配过程中所使用的基准称为 工艺基准。工艺基准按用途不同又分为 ： 定位基 准、工序基准、装配基准和测量基准。
一、合理选择加工基准
2.定位基准的选择原则
1）粗基准的选择原则 选择重要表面为粗基准。
1
2 3 4 5
选择不加工表面为粗基准。 选择加工余量最小的表面为粗基准。 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为 粗基准，以便实现工件定位可靠、夹紧方便。
粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。
一、合理选择加工基准
2）精基准的选择原则
（ 1） 基准重合 （ 5） 便于装夹 （ 2） 基准统一
（ 4） 互为基准
（ 3） 自为基准
一、合理选择加工基准
3.装夹方案
毛坯在装夹时主要考虑定位和夹紧的可靠性
和方便性，尽量保证一次装夹完成多道工序加工。 对于形状复杂的毛坯，要考虑工艺凸台和工艺凸 耳等辅助基准，可利用辅具进行装夹或制 作专用夹具。
（2）先进行内形、内腔加工工序，后进行外形加工工序。
（3）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序最好连续进行， 以减少重复定位次数、换刀次数与装夹次数。 （4）对于在同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚度破 坏较小的工序。
分析如图所示工件，试确定 装夹方案和加工工艺路线。
确定合理的加工工艺路线
知识目标
1．掌握零件加工时定位基准的选择原则； 2．掌握加工工艺的制定原则。
技能目标
1．能够确定正确的装夹方案； 2．能够合理安排加工顺序； 3. 能够正确选择加工路线。
一、合理选择加工基准
1.基准的概念
1） 设计 基准
在零件图上用以确定其他点、线、面位置的 基准称为设计基准。
2） 工艺 基准
零件在加工和装配过程中所使用的基准称为 工艺基准。工艺基准按用途不同又分为 ： 定位基 准、工序基准、装配基准和测量基准。
一、合理选择加工基准
2.定位基准的选择原则
1）粗基准的选择原则 选择重要表面为粗基准。
1
2 3 4 5
选择不加工表面为粗基准。 选择加工余量最小的表面为粗基准。 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为 粗基准，以便实现工件定位可靠、夹紧方便。
粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。
一、合理选择加工基准
2）精基准的选择原则
（ 1） 基准重合 （ 5） 便于装夹 （ 2） 基准统一
（ 4） 互为基准
（ 3） 自为基准
一、合理选择加工基准
3.装夹方案
毛坯在装夹时主要考虑定位和夹紧的可靠性
和方便性，尽量保证一次装夹完成多道工序加工。 对于形状复杂的毛坯，要考虑工艺凸台和工艺凸 耳等辅助基准，可利用辅具进行装夹或制 作专用夹具。
（2）先进行内形、内腔加工工序，后进行外形加工工序。
（3）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序最好连续进行， 以减少重复定位次数、换刀次数与装夹次数。 （4）对于在同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚度破 坏较小的工序。
分析如图所示工件，试确定 装夹方案和加工工艺路线。
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第6讲 数控铣削加工及编程 —— 数控加工仿真
概述 数控加工仿真分类 数控加工几何仿真算法
概述
数控加工过程的图形仿真技术是随着计算机 技术、CAD技术及计算机图形学等技术的发展而 发展起来的，是CAM技术的重要组成部分。数控 加工过程的图形仿真就是是用计算机模拟零件 从毛坯到成品的整个材料切除过程，直观地检 验数控程序的正确性、加工精度以及加工工艺 过程的合理性。
数控加工仿真的目的
利用计算机图形显示器把加工过程中的零件模型、 刀具轨迹、刀具外形一起显示出来，用这种方法来 模拟零件的加工过程， 检查刀具轨迹计算是否合理 加工过程中是否发生过切 所选用的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理 刀具与约束面是否发生干涉碰撞。
数控加工仿真分类
数控加工仿真的分类：
按仿真对象考察方式 1）几何仿真（Geometry Simulation） 不考虑切削参数、切削力和其它物理因素，只仿真 刀具-工件几何体的运动，以验证NC程序的正确性。 2）物理仿真（Physical Simulation） 用物理规律模拟被仿真的事件，考虑力、速度、质 量、密度、能力及其他物理参数的影响。涉及对刀具 切削过程物理规律的研究，费用高难度大。
基于空间分割的方法
基于空间分割的方法就是将实体模型分解成简单单 元，从而将实体间的三维布尔运算简化为单元间的 一维布尔运算。 目的：克服基于实体布尔运算仿真算法的复杂性， 对零件及毛坯模型进行简化。 根据分割单元类型的不同，分割空间方法又分为：
• • • • 基于Z-buffer结构的分割 基于Dexel结构的分割 基于八叉树结构的分割 基于G-buffer结构的分割
只关心数控加工几何仿真
数控加工几何仿真的分类
根据检验目的的不同分为两类： 1）刀具运动轨迹仿真：检查工艺过程中加工顺序的 合理安排、刀具路径的优化、刀具与被加工工件的 过切。只利用刀具模型和零件模型和刀位点数据（ 刀具轨迹） ，通常在刀具轨迹的后置处理前进行。 大多数商业CAM系统中具有该仿真功能 2）机床加工过程仿真：刀具、夹具、机床、工件间 运动干涉（碰撞）仿真。是动态过程仿真，工艺系 统各元素的相对位置变化，工件从毛坯开始经过若 干工序加工，形状和尺寸均有变化。利用刀具模型 、零件模型、机床模型和夹具模型，如Vericut、 NCSimu、Predator、NCVerify等。
俗称“割草法”，用在零件表面上离散得到一组采 样点以及在每个采样点处的法矢构造仿真模型。
1）离散矢量求交仿真算法过程
(1) 离散零件曲面，得到离散点集 (2) 计算曲面离散点处的法矢 (3) 计算离散点法矢的初始长度。从该点沿法矢方向的直线与所 定义的毛坯边界或与零件别的表面求交，交点与该离散点之 间的最小距离为初始长度。 (4) 计算刀具运动的包络体（扫掠体） (5) 仿真计算。从离散点出发沿法矢方向的直线与刀具运动形成 的包络体表面求交。 (6) 判断。如果交点到离散点的距离小于原来的法矢量长度，用 交点距离代替原来的法矢量长度，否则保留原值不动。 (7) 重复过程5、6，直到切削过程完成。
基于Z-buffer的加工仿真算法
• Z-buffer实在帧缓冲区的基础上发展起来的，主要用于消 隐算法中保存可见点的Z坐标值。 • 传统的Z-buffer只记录了离视点最近的Z坐标，将形体分 为可见与不可见部分，不能判断一个物体是否在另一个 物体内或外。 • 而对于铣削加工，关键是要确定刀具实体与毛坯实体的 相对位置关系。 • 所以为了判断刀具与毛坯的位置关系，简单地记录一个Z 坐标值值得Z-buffer是不够的，必须记录最近和最远两个 Z坐标（Znear和Zfar）的Z-buffer。
3）刀具相对于毛坯的位置关系
4）Z-buffer方法的特点 优点 编程简单，易于实现； 计算稳定，速度快。 适用于各种刀具和毛坯类型 可用于2～5轴加工仿真 缺点 和视角联系紧密，仿真过程不能放大或缩小显示 ，也不能任意旋转视角； 不能提供测量分析等功能
基于Dexel的加工仿真算法 • Van Hook使用类似z_buffer加工仿真的思想，沿 视线方向将毛坯和刀具离散，在每个屏幕象素上 毛坯和刀具表示为沿z轴的一个长方体，称为 Dexel结构。 • 该方法将直接实体造型方法中的三维实体布尔运 算简化为长方体单元间的一维布尔运算，减少了 计算时间和复杂性。
3）刀具相对于毛坯的位置关系及处理
CASE 1：只有毛坯，显示毛坯； CASE 2：毛坯完全在刀具之后，显示刀具； CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel结构，显示刀具； CASE 4：刀具切削毛坯内部，删除毛坯的dexel结构，显示刀具； CASE 5：刀具切削毛坯内部，创建新的毛坯dexel结构，显示毛坯； CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel结构，显示毛坯； CASE 7：刀具完全在毛坯之后，显示毛坯； CASE 8：只有刀具，显示刀具。
缺点：
• 检查手段比较单一。依靠编 程人员用肉眼从宏观上观察 ，只能检验比较明显的轨迹 错误。 • 没有任何对加工过程几何数 据的处理和记录，不能提供 仿真后的结果数据和报告。
基于实体造型的方法
采用实体模型表示方法（CSG模型或B-rep模型） 直接建立和描述毛坯、刀具和刀具运动包络体的实 体特征，加工中的材料切除过程可由毛坯实体和刀 具运动包络体之间的实体布尔运算来模拟，即从毛 坯实体模型中减去刀具运动包络体。计算刀具在每 一段刀具轨迹上的运动包络体，与当前毛坯模型进 行布尔差运算，随着切削过程不断更新毛坯实体， 最终得到被加工零件的实体模型。 最早由Veolcker和Hunt提出并采用。
只关心数控加工刀具运动轨迹仿真
Hale Waihona Puke 数控加工几何仿真的驱动数据
CL数据 即刀位点数据。基于刀位点数据的仿真通常在刀具 轨迹的后置处理前进行。只仿真刀具的运动，主要 是为了检验刀具轨迹的正确性，保证零件的加工质 量。 NC代码 基于NC代码的仿真和机床实际加工的指令保持一致 ，更接近实际，能够检验机床的实际运动过程和切 削加工过程。
传统的数控程序检查方法
人工检验 完全依靠工程师个人经验，只能应用于检验简单的 NC程序 试切法 以泡沫、腊模、代木和铝模等材料代替真实材料在数 控机床上试加工，根据试切加工的结果来修改轨迹直 到达到满意为止的方法来校验NC程序的正确性。 缺点：费时，代价昂贵，危险性大，常常不能达到令 人满意的结果
4）Dexel方法的特点 优点 编程简单，易于实现； 计算稳定，速度快。 适用于各种刀具和毛坯类型 可用于2～5轴加工仿真 将实体布尔运算和图形显示过程合为一体，使仿 真图形显示有很好的实时性 缺点 和视角联系紧密，仿真过程不能放大或缩小显示 ，也不能任意旋转视角； 不能精确分析仿真加工的结果。
基于离散矢量求交的方法
1）Dexel结构的构造 (1) 取屏幕上相邻的4个像 素点，构成Dexel的截面 (2) 由4个像素点中最大的Z 值决定Dexel的长度 (3) 由界面和Z值构造长立 方体单元，从而生成 Dexel 2）Dexel加工仿真算法原理 在任一时刻，材料切除过程的仿真是通过刀具Dexel按 刀具轨迹运动，不断与毛坯Dexel进行位置比较，同时 不断修改和刷新毛坯Dexel。
关键技术：刀具扫掠体构造计算，布尔求交运算
优点
• • • • • 计算结果精确，应用范围广 算法实用性广，可进行2轴到5轴的加工仿真 可以对加工过程的错误进行检测 仿真过程可放大或缩小显示，可任意旋转视角 仿真结果的真实感显示效果好。
缺点
• 算法复杂，设计大量数据的存储和数据库设计与管理 • 计算量惊人，计算速度慢。在仿真过程中全部进行的是 实体间的布尔与运算，需要进行大量的曲面与曲面、实 体与实体间的求交运算。时间复杂度为O(N4)，N为刀具 运动段数。（加工轨迹成千上万） • 求交过程计算的稳定性会影响整个仿真过程的安全和速 度。
4）离散矢量求交仿真算法的特点 优点 计算稳定，速度快； 适用于各种刀具和毛坯类型； 可用于2～5轴加工仿真。 缺点 与视角无关，仿真过程可放大或缩小显示，可任 意旋转视角； 能精确分析仿真加工的结果。
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2）基于扩展Z-buffer的加工仿真原理 刀具切除材料的过程实际上是从毛坯实体中减去刀具 实体的过程。由于通过扫描转换得到了刀具及毛坯的扩 展Z-buffer表示，即将刀具及毛坯实体简化为像素为单位 的简单长方体集合表示，从而将刀具与毛坯的三维实体 布尔运算简化为简单单元的长度之间的一维运算。 在任一时刻，材料切除过程的仿真是通过刀具Z-buffer 按刀具轨迹运动，不断与毛坯Z-buffer进行位置比较，同 时不断修改和刷新毛坯Z-buffer。
采用扩展Z-buffer实现加工仿真
1）刀具及毛坯的扩展Z-buffer构造
(1) 将刀具或毛坯实体三角化得到一批三角片及其对应 定点处的法矢，并向视平面投影。 (2) 对视平面内的三角片进行扫描转换（光栅化），同 时保留离视点最近的Z坐标和最远的Z坐标，得到刀 具或毛坯的扩展Z-buffer表示。 (3) 对刀具及毛坯的扩展Z-buffer模型进行明暗处理。
传统的数控程序校验
数控加工仿真程序校验
数控加工仿真的优点
降低生产成本。减少了试切材料的浪费，延长了机 床及刀具寿命。 降低时耗，缩短生产周期，提高生产效率。 及时提供错误信息的反馈，有效预测数控加工程序 和切削过程的可靠性及高效性。 可对一些意外情况进行控制。加工仿真可模拟加工 现场，可对各种情况进行综合分析，避免意外情况 发生。
刀具运动轨迹仿真分类
按仿真模型的表达分： 1）线框仿真 2）基于实体造型的方法 3）基于空间分割的方法 4）基于离散矢量求交的方法
数控加工几何仿真算法
线框仿真
以边界线表示刀具。刀具沿刀具轨迹运动，用户可以观察刀 具的加工路线和加工顺序。早期的CAD/CAM系统大都采用 这种仿真方式。
优点：
• 几何表达简单，编程容易 • 算法简单，速度快
概述 数控加工仿真分类 数控加工几何仿真算法
概述
数控加工过程的图形仿真技术是随着计算机 技术、CAD技术及计算机图形学等技术的发展而 发展起来的，是CAM技术的重要组成部分。数控 加工过程的图形仿真就是是用计算机模拟零件 从毛坯到成品的整个材料切除过程，直观地检 验数控程序的正确性、加工精度以及加工工艺 过程的合理性。
数控加工仿真的目的
利用计算机图形显示器把加工过程中的零件模型、 刀具轨迹、刀具外形一起显示出来，用这种方法来 模拟零件的加工过程， 检查刀具轨迹计算是否合理 加工过程中是否发生过切 所选用的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理 刀具与约束面是否发生干涉碰撞。
数控加工仿真分类
数控加工仿真的分类：
按仿真对象考察方式 1）几何仿真（Geometry Simulation） 不考虑切削参数、切削力和其它物理因素，只仿真 刀具-工件几何体的运动，以验证NC程序的正确性。 2）物理仿真（Physical Simulation） 用物理规律模拟被仿真的事件，考虑力、速度、质 量、密度、能力及其他物理参数的影响。涉及对刀具 切削过程物理规律的研究，费用高难度大。
基于空间分割的方法
基于空间分割的方法就是将实体模型分解成简单单 元，从而将实体间的三维布尔运算简化为单元间的 一维布尔运算。 目的：克服基于实体布尔运算仿真算法的复杂性， 对零件及毛坯模型进行简化。 根据分割单元类型的不同，分割空间方法又分为：
• • • • 基于Z-buffer结构的分割 基于Dexel结构的分割 基于八叉树结构的分割 基于G-buffer结构的分割
只关心数控加工几何仿真
数控加工几何仿真的分类
根据检验目的的不同分为两类： 1）刀具运动轨迹仿真：检查工艺过程中加工顺序的 合理安排、刀具路径的优化、刀具与被加工工件的 过切。只利用刀具模型和零件模型和刀位点数据（ 刀具轨迹） ，通常在刀具轨迹的后置处理前进行。 大多数商业CAM系统中具有该仿真功能 2）机床加工过程仿真：刀具、夹具、机床、工件间 运动干涉（碰撞）仿真。是动态过程仿真，工艺系 统各元素的相对位置变化，工件从毛坯开始经过若 干工序加工，形状和尺寸均有变化。利用刀具模型 、零件模型、机床模型和夹具模型，如Vericut、 NCSimu、Predator、NCVerify等。
俗称“割草法”，用在零件表面上离散得到一组采 样点以及在每个采样点处的法矢构造仿真模型。
1）离散矢量求交仿真算法过程
(1) 离散零件曲面，得到离散点集 (2) 计算曲面离散点处的法矢 (3) 计算离散点法矢的初始长度。从该点沿法矢方向的直线与所 定义的毛坯边界或与零件别的表面求交，交点与该离散点之 间的最小距离为初始长度。 (4) 计算刀具运动的包络体（扫掠体） (5) 仿真计算。从离散点出发沿法矢方向的直线与刀具运动形成 的包络体表面求交。 (6) 判断。如果交点到离散点的距离小于原来的法矢量长度，用 交点距离代替原来的法矢量长度，否则保留原值不动。 (7) 重复过程5、6，直到切削过程完成。
基于Z-buffer的加工仿真算法
• Z-buffer实在帧缓冲区的基础上发展起来的，主要用于消 隐算法中保存可见点的Z坐标值。 • 传统的Z-buffer只记录了离视点最近的Z坐标，将形体分 为可见与不可见部分，不能判断一个物体是否在另一个 物体内或外。 • 而对于铣削加工，关键是要确定刀具实体与毛坯实体的 相对位置关系。 • 所以为了判断刀具与毛坯的位置关系，简单地记录一个Z 坐标值值得Z-buffer是不够的，必须记录最近和最远两个 Z坐标（Znear和Zfar）的Z-buffer。
3）刀具相对于毛坯的位置关系
4）Z-buffer方法的特点 优点 编程简单，易于实现； 计算稳定，速度快。 适用于各种刀具和毛坯类型 可用于2～5轴加工仿真 缺点 和视角联系紧密，仿真过程不能放大或缩小显示 ，也不能任意旋转视角； 不能提供测量分析等功能
基于Dexel的加工仿真算法 • Van Hook使用类似z_buffer加工仿真的思想，沿 视线方向将毛坯和刀具离散，在每个屏幕象素上 毛坯和刀具表示为沿z轴的一个长方体，称为 Dexel结构。 • 该方法将直接实体造型方法中的三维实体布尔运 算简化为长方体单元间的一维布尔运算，减少了 计算时间和复杂性。
3）刀具相对于毛坯的位置关系及处理
CASE 1：只有毛坯，显示毛坯； CASE 2：毛坯完全在刀具之后，显示刀具； CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel结构，显示刀具； CASE 4：刀具切削毛坯内部，删除毛坯的dexel结构，显示刀具； CASE 5：刀具切削毛坯内部，创建新的毛坯dexel结构，显示毛坯； CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel结构，显示毛坯； CASE 7：刀具完全在毛坯之后，显示毛坯； CASE 8：只有刀具，显示刀具。
缺点：
• 检查手段比较单一。依靠编 程人员用肉眼从宏观上观察 ，只能检验比较明显的轨迹 错误。 • 没有任何对加工过程几何数 据的处理和记录，不能提供 仿真后的结果数据和报告。
基于实体造型的方法
采用实体模型表示方法（CSG模型或B-rep模型） 直接建立和描述毛坯、刀具和刀具运动包络体的实 体特征，加工中的材料切除过程可由毛坯实体和刀 具运动包络体之间的实体布尔运算来模拟，即从毛 坯实体模型中减去刀具运动包络体。计算刀具在每 一段刀具轨迹上的运动包络体，与当前毛坯模型进 行布尔差运算，随着切削过程不断更新毛坯实体， 最终得到被加工零件的实体模型。 最早由Veolcker和Hunt提出并采用。
只关心数控加工刀具运动轨迹仿真
Hale Waihona Puke 数控加工几何仿真的驱动数据
CL数据 即刀位点数据。基于刀位点数据的仿真通常在刀具 轨迹的后置处理前进行。只仿真刀具的运动，主要 是为了检验刀具轨迹的正确性，保证零件的加工质 量。 NC代码 基于NC代码的仿真和机床实际加工的指令保持一致 ，更接近实际，能够检验机床的实际运动过程和切 削加工过程。
传统的数控程序检查方法
人工检验 完全依靠工程师个人经验，只能应用于检验简单的 NC程序 试切法 以泡沫、腊模、代木和铝模等材料代替真实材料在数 控机床上试加工，根据试切加工的结果来修改轨迹直 到达到满意为止的方法来校验NC程序的正确性。 缺点：费时，代价昂贵，危险性大，常常不能达到令 人满意的结果
4）Dexel方法的特点 优点 编程简单，易于实现； 计算稳定，速度快。 适用于各种刀具和毛坯类型 可用于2～5轴加工仿真 将实体布尔运算和图形显示过程合为一体，使仿 真图形显示有很好的实时性 缺点 和视角联系紧密，仿真过程不能放大或缩小显示 ，也不能任意旋转视角； 不能精确分析仿真加工的结果。
基于离散矢量求交的方法
1）Dexel结构的构造 (1) 取屏幕上相邻的4个像 素点，构成Dexel的截面 (2) 由4个像素点中最大的Z 值决定Dexel的长度 (3) 由界面和Z值构造长立 方体单元，从而生成 Dexel 2）Dexel加工仿真算法原理 在任一时刻，材料切除过程的仿真是通过刀具Dexel按 刀具轨迹运动，不断与毛坯Dexel进行位置比较，同时 不断修改和刷新毛坯Dexel。
关键技术：刀具扫掠体构造计算，布尔求交运算
优点
• • • • • 计算结果精确，应用范围广 算法实用性广，可进行2轴到5轴的加工仿真 可以对加工过程的错误进行检测 仿真过程可放大或缩小显示，可任意旋转视角 仿真结果的真实感显示效果好。
缺点
• 算法复杂，设计大量数据的存储和数据库设计与管理 • 计算量惊人，计算速度慢。在仿真过程中全部进行的是 实体间的布尔与运算，需要进行大量的曲面与曲面、实 体与实体间的求交运算。时间复杂度为O(N4)，N为刀具 运动段数。（加工轨迹成千上万） • 求交过程计算的稳定性会影响整个仿真过程的安全和速 度。
4）离散矢量求交仿真算法的特点 优点 计算稳定，速度快； 适用于各种刀具和毛坯类型； 可用于2～5轴加工仿真。 缺点 与视角无关，仿真过程可放大或缩小显示，可任 意旋转视角； 能精确分析仿真加工的结果。
Thanks…
谢 谢！
2）基于扩展Z-buffer的加工仿真原理 刀具切除材料的过程实际上是从毛坯实体中减去刀具 实体的过程。由于通过扫描转换得到了刀具及毛坯的扩 展Z-buffer表示，即将刀具及毛坯实体简化为像素为单位 的简单长方体集合表示，从而将刀具与毛坯的三维实体 布尔运算简化为简单单元的长度之间的一维运算。 在任一时刻，材料切除过程的仿真是通过刀具Z-buffer 按刀具轨迹运动，不断与毛坯Z-buffer进行位置比较，同 时不断修改和刷新毛坯Z-buffer。
采用扩展Z-buffer实现加工仿真
1）刀具及毛坯的扩展Z-buffer构造
(1) 将刀具或毛坯实体三角化得到一批三角片及其对应 定点处的法矢，并向视平面投影。 (2) 对视平面内的三角片进行扫描转换（光栅化），同 时保留离视点最近的Z坐标和最远的Z坐标，得到刀 具或毛坯的扩展Z-buffer表示。 (3) 对刀具及毛坯的扩展Z-buffer模型进行明暗处理。
传统的数控程序校验
数控加工仿真程序校验
数控加工仿真的优点
降低生产成本。减少了试切材料的浪费，延长了机 床及刀具寿命。 降低时耗，缩短生产周期，提高生产效率。 及时提供错误信息的反馈，有效预测数控加工程序 和切削过程的可靠性及高效性。 可对一些意外情况进行控制。加工仿真可模拟加工 现场，可对各种情况进行综合分析，避免意外情况 发生。
刀具运动轨迹仿真分类
按仿真模型的表达分： 1）线框仿真 2）基于实体造型的方法 3）基于空间分割的方法 4）基于离散矢量求交的方法
数控加工几何仿真算法
线框仿真
以边界线表示刀具。刀具沿刀具轨迹运动，用户可以观察刀 具的加工路线和加工顺序。早期的CAD/CAM系统大都采用 这种仿真方式。
优点：
• 几何表达简单，编程容易 • 算法简单，速度快