五轴联动数控加工中的刀具补偿方法 刀具补偿是现代计算机数控（CNC）系统所具有的重要功能之一，可分为刀具半径补偿和长度补偿两种。就目前而言，应用于二维轮廓加工的两坐标联动数控系统基本都具备刀具补偿功能，而多坐标（三坐标以上）联动数控系统中对于刀具补偿功能还未能得到较好解决。特别是五轴联动加工中，由于刀具的旋转运动，使得五轴联动刀具补偿较难实现。 国外几个主要CNC生产商在其高档的五轴联动数控系统中已经带有刀具补偿功能，如SIEMENS的SINUMERIC840D系统具有将三维空间向量转换为实际机械轴角度的计算能力的“3D Tool Radius Compensation”功能，而所带的坐标转换（或位置变换）功能其实质就是五轴刀具长度补偿。国内有关五轴联动加工刀具补偿方法的研究并不多，因此，本文将对五轴加工中的刀具补偿问题进行深入研究，分别对五轴加工中的刀具半径补偿和长度补偿的实现方法进行详细叙述，以期能建立并完善五轴联动CNC系统的刀具半径和长度补偿功能。 一、五坐标加工数控程序的生成 五坐标加工主要应用于复杂曲面零件如整体叶轮等的加工，因此其数控程序的生成必须借助于一些自动编程软件如UGII、HyperMill等。在应用这些软件进行五坐标数控编程时得到的刀位文件（CLF）是不依赖于具体机床结构和形式的，而且它提供了五轴曲面加工时刀具底端面中心（以下简称为刀具中心）在工件坐标系下要求位移到的位置坐标以及刀轴的方位矢量等信息，但CLF文件的生成却依据了选用刀具的形式（如平底刀等）和刀具半径等参数。 因此，五轴加工程序的生成与刀具参数设定有密切的关系。另外，利用编程软件的后置处理模块根据选用五轴数控机床的结构形式等参数将CLF文件转换成加工曲面所需的数控程序。假定某加工程序段为：G01XxYyZzAaCc其中位置坐标值x、y、z可以是刀具中心坐标也可以是机床主轴端（Spindle none）的坐标a、c分别为绕X轴、Z轴的角度坐标值。当x、y、z为刀具中心坐标时称为刀具中心编程，当x、y、z为主轴端坐标时称为主轴端编程，如图1所示。 但无论哪种编程方式都需数控系统具有刀具自动补偿功能才能加工出我们所需要的零件。以下将以图2所示结构形式五轴数控机床和刀具（平底刀）中心编程为例分别叙述五轴联动加工中的刀具半径补偿和长度补偿。 二、现行五轴数控编程在刀具半径补偿方面的不足 上节中叙述的五坐标数控加工编程方式和得到的数控指令格式是根据国际标准化组织（ISO）有关数控编程的标准ISO 6983进行的。对平面两轴或两轴半的加工而言，在ISO 6983中常使用G41/G42功能来补偿刀具半径。补偿时根据数控程序中提供的相关信息如G17/G18/G19进行加工平面选择配合G41/G42左右刀具补偿选取，利用一般较低档的控制器即可完成。 但是，对于三轴特别是五轴加工，即刀具半径的补偿要在三维空间完成，ISO 6983中所提供的信息则显得不足，如G17/G18/G19、G41/G42等已经失效，插补程序段中提供的数据信息又仅仅是刀具中心点坐标和刀具轴的方位角，刀具半径补偿实际上不可能进行，因为控制
刀具路径常见问题解答 主要内容 加工基础 刀具与材料 平面雕刻加工 曲面雕刻加工 公共参数 刀具路径管理 典型加工路径 2.1加工基础 1、什么是数控加工？ 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向驱动系统发送运动脉冲信号，驱动系统将脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床运动，从而完成零件加工。 2、数控加工一般包括那些内容？ 1）对图纸进行分析，确定加工区域； 2）构造加工部分的几何形状； 3）根据加工条件，选择加工参数，生成加工路径； 4）刀具路径分析、模拟；
5）开始加工； 3、数控系统的控制动作包括那些？ 1）主轴的起、停、转速、转向控制； 2）进给坐标轴的坐标、速度、进给方式（直线、圆弧等）； 3）刀具补偿、换刀、辅助动作（机台锁紧/松开、冷却泵等开关）； 4、常见的数控系统的有那些？ Funuc, Siemens, Fidia, Heidenhain, Fagor, Num, Okuma, Deckel, Mitsubishi 5、普通铣削和数控铣削的主要区别是什么？ 普通铣削的进给运动以单轴运动为主，数控铣削实现了多轴联动。 6、数控铣削加工常用的刀具是哪些？ 面铣刀、立铣刀、盘铣刀、角度铣刀、键槽铣刀、切断铣刀、成型铣刀。 7、数控加工中需要考虑的切削要素包括那些？ 主要考虑的因素是最大切除效率和主轴转速，最大切削效率决定于进给速度、吃刀深度、侧向进给量；主轴转速影响切削速度、每齿每转进给量。 8、影响切削加工的综合因素包括那些？ 1）机床，机床的刚性、功率、速度范围等 2）刀具，刀具的长度、刃长、直径、材料、齿数、角度参数、涂层等； 3）工件，材质、热处理性能、薄厚等； 4）装卡方式（工件紧固程度），压板、台钳等； 5）冷却方式，油冷、气冷等； 9、数控铣加工的如何分类？ 一般按照可同时控制而且相互独立的轴数分类，常见的有两轴加工、两轴半加工、三轴加工、四轴加工、五轴加工。 10、四轴加工的对象是什么？ 主要用于加工单个的叶轮叶片、圆柱凸轮等。 11、五轴加工的对象是什么？ 主要用于加工整体叶轮、机翼、垂直于曲面的直壁等。
第51卷第15期2015年8月 机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.51 No.15 Aug. 2015 DOI：10.3901/JME.2015.15.168 复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展* 樊文刚叶佩青 (清华大学机械工程系北京 100084) 摘要：五轴端铣加工是提高重点工业和国防领域复杂曲面类零部件加工质量和加工效率的重要手段。围绕刀位优化、刀路规划和刀轴矢量优化三个关键问题，综述近年来五轴端铣加工刀具轨迹规划技术的研究进展。根据刀具和工件曲面之间切触点数量，将五轴端铣加工刀位优化算法分为单点切触、多点切触和无切触点三类，并建立多点切触刀位优化的通用数学模型。然后系统梳理了刀路规划、全局干涉检测及刀轴矢量优化理论和方法。最后分析了当前研究存在的不足，指出五轴端铣加工刀具轨迹规划应该尽可能从整体角度出发，且应充分考虑机床的运动学和动力学特性，同时应加强多点切触加工理论和应用研究，使其在工程实际中真正发挥高效优势。 关键词：复杂曲面；五轴加工；端铣；刀路；研究进展 中图分类号：TP391 Research Progress in Tool Path Planning for Five-axis End Milling Machining of Sculptured Surfaces FAN Wengang YE Peiqing (Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084) Abstract：Five-axis end milling machining is an important means to improve the processing quality and processing efficiency for parts with sculptured surfaces in the key industry and national defense areas. Around the three critical issues including tool positioning, tool path and tool orientation optimization, the recent research progress of tool path planning for five-axis end milling machining is summarized. Based on the number of the cutter contact (CC) point between the tool and the design surface, the tool positioning optimization strategy of five-axis end milling machining is divided into three categories that are single-point contact, multi-point contact and non-point contact. And the general mathematic model of the multi-point contact tool positioning optimization is established. The theories and methods of tool path, global interference detection and tool orientation optimization are systematically discussed. The deficiencies in current research are analyzed. It is pointed out that tool path planning of five-axis end milling machining should be carried out from the overall perspective as far as possible, and fully considers the kinematic and dynamic properties of machine tool. Meanwhile, the theory and application research for multi-point contact machining should be strengthened to indeed play its efficiency advantage in engineering practice. Key words：sculptured surface；five-axis machining；end milling；tool path；research progress 0 前言 复杂曲面类零部件广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源、国防等行业，这些曲面通常需要在五轴数控机床上依靠刀具和工件的相对切削运动才能产生，其制造技术水平对于国民经济发展和国防现代化建设都具有十分重要的意义。因此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》[1]和国家自然科学基金委员会《机械工程学科发展战 *国家科技重大专项(2011ZX04004-012)和中国博士后科学基金(2014T70073，2012M510423)资助项目。20140815收到初稿，20150216收到修改稿略报告(2011—2020)》[2]均将复杂曲面类零部件的数字化制造技术列为制造业的优先主题之一。而“高档数控机床与基础制造装备”和“大型飞机”重大专项的开展，更是对关键复杂曲面类零部件的高效、精密制造技术提出了前所未有的迫切需求[3]。 五轴数控加工相比于三轴在提高加工质量和加工效率方面具有明显优势，增加的两个旋转自由度使刀轴姿态更加灵活，通过调整刀轴矢量不仅可以避免刀具与工件及夹具等的干涉，也使刀具和工件曲面之间能够获得更好的几何匹配，有利于增大加工带宽，提高实际加工效率。然而，五轴数控机床的这一运动特性和工件曲面的复杂性也给数控编程带来了新的挑战。刀具轨迹规划是复杂曲面五轴
文章编号 100426410(2006)0320005204 基于极坐标投影法的五轴加工刀具路径生成法 俞芙芳 (福建工程学院机电及自动化工程系,福建福州 350014) 摘 要:针对五轴加工中刀具矢量变化较大且易产生干涉的问题,提出了基于极坐标投影法的五轴加工刀具路径生成法。利用微分几何理论计算得自由曲面的法矢、主曲率及其极值,利用极坐标投影法获得刀轴矢量,并求得可能的干涉区域;应用等距偏移曲面法计算出曲面数控精加工刀位数据,并通过控制切削残留高度的方法求得切削行距。结果表明,极坐标投影法可以得到无干涉的五轴加工刀位数据,并可以获得均匀变化的刀轴矢量。 关 键 词:极坐标投影;自由曲面;五轴铣削;无干涉刀位数据 中图分类号:T P 391173 文献标识码:A 收稿日期:2006205208 作者简介:俞芙芳(19502),女,福建长汀人,福建工程学院机电及自动化工程系副教授,硕士。 在机械、船舶、航空航天等零件设计制造中经常遇到由二次曲线弧和二次曲面表示的轮廓,以及由组合二次曲面与自由型样条曲面混合而成的轮廓[1,2]。这些轮廓在设计时由参数明确给出,在制造时由制造精度保证。用参数矢量表达自由曲线曲面是目前的主流方法。由于自由曲面的数控加工涉及复杂的计算过程,通常采用多轴加工。当与被加工曲面有相邻的表面时(如叶轮叶片的铣削),常采用4～5轴铣削。 但是,5轴铣削过程中刀轴矢量是变化的,这个变化若是不平滑的,则会造成曲面表面形貌的不规则。因此,如何实现刀轴矢量的平滑变化,是需要研究的问题之一。本文根据极坐标系和刀具姿态的相似性,构造了基于极坐标投影的自由曲面5轴铣削时刀具路径的产生方法,实现了刀轴矢量的平滑变化,提出了避免刀具碰撞和求取刀具路径的方法。 1 自由曲面的微分几何特性 设被加工曲面的参数方程为 p (u ,v )=∑n i =1p i (u ,v )=∑n i =1[u 3 u 2 u 1]M i [v 3 v 2 v 1 ](1) 式中 p i (u ,v )——第i 个曲面片的参数方程;M i ——第i 个曲面片的矢量方阵( 4阶方阵); u ,v ——曲面方程的双参数,u ,v ∈[0,1];n ——曲面片的数量。 曲面上任一点C 处沿u ,v 方向的切矢分别为 p u =5p (u ,v )5u , p v =5p (u ,v )5v (2) C 点处的法矢量为 n =p u ×p v p u ×p v (3) C 点处的法曲率为 ?n =w T D w w T G w (4) 式中 w =[?u ?v ] T G =p u p u p u p v p v p u p v p v =g 11 g 12g 21 g 22, D =p uu ?n p uv ?n p vu ?n p vv ?n =d 11 d 12d 21 d 22(5) 第17卷 第3期 广西工学院学报 V ol 117 N o 13 2006年9月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY Sep t 12006
课题4 二维刀具路径 4.1 工作设定 工作设定包括工件原点、工件尺寸、工件类型等，用户可以通过上图的对话框对工件属性进行具体设定。4.2 外形铣削（Contour） 外形铣削加工即沿着由串连曲线所定义的外形轮廓线生成铣削加工路径。利用该命令可以生成2D或3D 的外形刀具路径，2D外形刀具路径的切削深度固定不变，而3D外形刀具路径的切削深度随串连外形的高度变化。
?加工高度设置 安全高度（Clearance）：是指数控加工中基于换刀和装夹工件而设定的高度，也是加工程序的起始与结束高度，通常一个工件加工完毕后刀具所停留的高度应高于工件与夹具的最高点。 参考高度（Retract）：又称为工件的安全高度，设置值一般高于工件的最高点，在每道工序完成后刀具将退至此高度再进行下一工序的切削。 进给下刀位置（Feed plane）：又称为工序的安全位置，设置值一般高于工件的最高点，刀具快速移动到此高度后将会以切削进给速度开始进刀切削。 工件表面（Top of stock）：用于定义工件表面的坐标位置，其参数设定需根据坐标的设置位置而定。 深度（Depth）：用于定义工件的加工深度。 ?刀具补偿设置 ●补正形式 电脑：计算刀具加工路径时，计算机自动将刀具中心向指定方向偏移刀具半径的距离，产生的NC 程序中不再含有刀具半径补偿指令（G42/G42），补偿方向可指定左补偿或右补偿。 控制器：计算刀具路径时不考虑刀具因素，在加工切削时由机床控制器进行半径补偿，输出的NC 程序中含有刀具半径补偿指令。 磨损：系统将同时采用计算机与控制器补偿，且补偿方向相同。由计算机补偿计算的刀具半径为理想半径尺寸（未磨损），而由控制器补偿的半径则为刀具磨损量值（负值）。 两者磨损：系统将同时采用计算机与控制器补偿，但补偿方向相反，即当计算机左补偿时，控制器采用右补偿。 关：不补偿，刀具中心与工件轮廓重合。 ●补正方向
加工模具曲面时刀具路径的优化 摘要：以我厂加工模具实际出发，从行距、步长、分区加工、行间、层间、切入切出点确定等方面研究刀具路径优化对模具曲面的影响。在实际加工中，要得到一个优化的道具路径需要综合考虑，以便保证曲面加工质量和生产效率，曲面曲率变化较大时采用分区加工，切入切除点的选择可提高曲面加工质量和刀具使用寿命。 关键词：模具曲面、优化、刀具路径、曲面加工质量、生产效率 引言 模具铣削数控加工对象大多为曲面加工，曲面加工中最常用到刀具为球头铣刀，球头铣刀在加工曲面时被加工曲面与铣刀球面的公法线经过铣刀球面的球心，使干涉过切现象易于监测，切削运动轨迹容易控制，在复杂曲面数控加工中优先运用。 在实际加工中，工艺员在编制数控加工程序时对刀具参数、铣削方式、刀具路径等了解不透，造成模具曲面加工质量不搞，加工工时过长和刀具使用寿命降低。当参数和路径选择不当时造成模具曲面过切甚至于模具报废。因此，如何选择刀具路径和铣削参数对数控加工有很重要的意义。 一、球头铣刀的铣刀参数和铣削方式 球头铣刀的主要铣削参数有：刀具转速n r/min、切削深度a po mm、行距a eo mm、铣刀每齿进给量f z mm/z、进给速度v f mm/min、铣刀球面半径R mm、铣刀齿数Z 在球头铣刀加工区面时，沿刀轴方向Z方向，当a po ≤R时，球头铣刀在（R-a po ）≤d z＜（R-h）处为非对称铣削，在（R-h）≤d z ≤R处为对称铣削，如图1所示
（图1）a po ≤R （图2）a po ＞R 当a po ＞R 时，球头铣刀在（a po - R ）≤d z ＜（R-h ）处为非对称 铣削，在（R-h ）≤d z ≤R 处为对称铣削，如图2所示 在曲面精加工时曲面加工余量较小，通常采用图1所示加工方式，而在粗加工时，通常采用图2所示加工方式。图1图2所示中h 为残余波峰高度，也是决定曲面加工粗糙度的主要参数，存在如下关系式： 2a 22eo - =R h 二、曲面加工时刀具路径的优化 在用CAM 软件编程加工曲面时，以UG 软件为例，由于没有科学合理的选择影响加工便面质量的2个因素，切削行距a eo 和步长L, 使得零件表面加工质量粗糙而达不到使用要求。 从2a 22 eo -=R h 可以看出，影响残余波峰高度h 的主要参数为行 距a eo ，h 越大残余波峰越高，加工表面越粗糙，反之h 越小加工表面精度越高，h 、a eo 与加工精度之间成正比关系。但是步距也不能太
五轴加工中心培训课程 五轴加工中心培训课程 多轴(四、五轴)加工技术培训课程是三轴数控加工技术课程的补充和提高，符合国家职业标准对于高级工和技师的要求. 二、培训目标 通过学习数控多轴(四、五轴)加工技术，使学员能够了解多轴加工的基础 知识，会操作五轴机床。在专业技能上达到完成零件加工工艺制定、编制多轴 加工程序、利用多轴仿真软件实现产品加工的安全保证、能使用多轴(四、五轴)机床加工复杂零件的能力。 三、培训时间：2个月 四、课程内容： (一)软件部分 1、UG NX多轴编程 2、MasterCAM多轴编程 (二)机床部分 1、四、五轴加工介绍,机床结构与运动关系,各种机床的加工特点，运用场合及优势； 2、定轴加工(3+2)在模具及零件加工中的应用； 3、NX软件刀具轴的控制方法； 4、四、五轴实例分析及案例讲解； 5、机床仿真；
6、(可变轴铣、外形轮廓铣)； (1)多种刀轴设置(2)插补刀轴设置(3)垂直于部件 17、四、五轴联动工件铣削； 18、四、五轴机床的仿真加工； 19、独立完成加工与编程。 课程特点： (1)同时学习到四轴与五轴加工中心的编程与加工技术，课程更超值，学习效率更高； (2)采用流行的数控编程软件，Mastercam、UG、PM等,方便已有软件基础 的学员进行学习； 多轴(五轴)加工培训大纲 一、培训课程性质 多轴(五轴)加工是数控加工技巧中很重要的一个部分，该项技巧在航空航天、汽车、船舶、医疗、模具、轻工、高精密仪器等制作领域得到广泛利用。 随着对产品的要求千锤百炼：产品的结构形势日趋复杂，生产效率不断前进， 数控机床的更新换代，控制数控多轴加工技巧已经突显出它的重要作用。然由 于受到机床硬件前提和师资力量不足的限制，职业院校开设的数控加工课程内 容多仅限于三轴加工、理论性比较强，很少涉及数控多轴加工的内容，实战内 容比较少，所以使得很多学生不得不在参加工作以后才接触到多轴设备和实战 经验。从而影响了他们的工作效率和企业的生产定单。为了满足企业加工需求，在数控教学、培训中开设数控多轴(五轴)加工技巧课程已是迫在眉睫。 多轴(五轴)加工技巧培训课程是三轴数控加工技巧课程的补充和前进，契 合国家职业标准对于高级工和技师的请求。该课程是奥林匹克数控多轴(五轴) 加工技巧培训的必修课程，通过考核后，由浙江省机械装备制造技术创新服务
Mastercam挖槽加工刀具路径操作举例 挖槽铣削用于产生一组刀具路径去切除一个封闭外形所包围的材料，或者一个铣平面，也可以粗切削一个槽。挖槽加工刀具路径由两组主要的参数来定义：挖槽参数和粗加工/精加工参数。下面接着上面的例子介绍挖槽加工刀具路径的生成。挖槽铣削刀具路径构建步骤： (1)Main menu→Toolpaths→Pocket→Solids，首先将如图j所示的Edges、Loop项设置为N，Faces项设置为Y。然后选择所加工零件的内部型腔底面轮廓，连续选择Done，系统弹出如图k所示挖槽对话框。 (2)设置Tool parameters项，由于该槽需要粗加工和精加工两道工序，首先生成粗加工刀具路径，故在此选择直径为15mm的端铣刀进行粗加工。 (3)设置Pocketing parameters项参数。各参数项的意义如下： 1)Machining direction栏 设置加工方向。铣削的方向可以有两种，顺铣和逆铣。顺铣指铣刀的旋转方向和工件与刀具的相对运动进给方向相同；逆铣指铣刀的旋转方向与刀具的进给方向相反。 2)Depth cuts 项 本项的参数大部分与轮廓铣削相同，只是增加了一项Use island depth一项，该项用于选择是否接受槽内的岛屿高
度对挖槽的影响，如果接受岛屿高度的影响，挖槽时会依岛屿的高度将岛屿和海的高度差部分挖掉；若关闭该选项，刀具路径绕过岛屿。 3)Facing 项 Facing对话框各参数的意义： ①overlap percentage：可以设置端面加工的刀具路径，重叠毛坯外部边界或岛屿的刀具路径的量，该选项是清除端面加工刀具路径的边，并用一个刀具直径的百分率来表示。该区域能自动计算重叠的量。也就是说刀具可以超出挖槽地边界扩大挖槽的范围。 ②overlap amount：可以设置端面加工刀具路径重叠毛坯外部边界或岛屿的量，该选项能清除端面加工刀具路径的边，并在XY轴作为一个距离计算，该区域等于重叠百分率乘以刀具直径。 ③Approach distance：该距离参数是确定从工件至第一次端面加工的起点的距离，它是输入点的延伸值。 ④Exit distance：退刀线的线长。 ⑤Stock about islands：可以在岛屿上表面留下设定余量。 4)remachining项 remachining项用于重新计算在粗加工刀具不能加工的毛坯面积，构建外形刀具路径去除留下的材料，留下的材料可根据以前的操作和刀具尺寸进行计算。 5)Open项 通过对Open项参数的设置可以忽略岛屿进行挖槽加工。 6)Advanced项 Advanced项对话框部分参数解释： = 1 \* GB3 ①Tolerance for remachining and constant overlap 使用螺旋下刀的方式加工或者做残料清角。公差值是由刀具的百分比运算得到，一个小的公差值可构建一个精密的刀具路径。残料加工时，一个较小公差可产生较大的加工面积，输入下面两个公差值的任一个：Percent for tool：设置公差是用刀具直径的指定百分率。 Tolerance：直接指定距离来设置公差。 = 2 \* GB3 ②Display stock for constant overlap spiral：选择该选项可以显示刀具切除的毛坯。 (4)选择roughing/finishing parameters对话框，得到如图m所示对话框。roughing/finishing parameters参数对话框部分参数解释： 1)rough：选择铣削图像中的一种方法，作挖槽铣削，每一种粗加工型式有图示说明。 = 1 \* GB3 ①Zigzag：双向切削，该方式产生一组来回的直线刀具路径来粗铣挖槽。刀具路径的方向是由粗切角
第Ⅲ部分Mastercam CAM 第九章数控加工通用设置
本章学习目标 了解数控编程的基本过程 了解数控编程中坐标系的含义以及相关的术语 掌握刀具设置的方法 掌握材料设置的功能 掌握工作设置中的基本内容和方法 掌握操作管理的基本内容和方法
9.1 数控编程的基本过程 数控编程是从零件设计得到获得合格的数控加工程序的全过程数控加工程序的全过程，，其最主要的任务是计算得到加工走刀中的刀位点计算得到加工走刀中的刀位点，，即获得刀具运动的路径运动的路径。。对于多轴加工还要给出刀轴的矢量矢量。。 数控编程中的关键技术包括数控编程中的关键技术包括：：零件几何建模技术建模技术、、加工参数合理设定加工参数合理设定、、刀具路径仿真和后处理技术
CAD 零件设计 获取CAD 零件信息 参数设定 刀具轨迹规划 刀具轨迹仿真 满意否？ 后处理，生成NC 代码 检查NC 代码 否 是 加工毛坯设置 切削方式设置 机床/刀具选择 CAD 模型完善
9.1.1零件几何建模技术 CAD 模型是数控编程的前提和基础模型是数控编程的前提和基础，，其首要环节是建立被加工零件的几何模型首要环节是建立被加工零件的几何模型。。复杂零件建模的主要技术是以曲面建模技术为基础的基础的。。Mastercam 的CAM 模块获得CAD 模型的方法途径有以下三种型的方法途径有以下三种：：直接获得直接获得、、直接造型和数据转换造型和数据转换。。
9.1.2加工参数合理设定 数控加工的效率和质量有赖于加工方案和加工参数的合理选择和加工参数的合理选择。。加工参数合理的设定包含两方面的内容定包含两方面的内容，，加工工艺分析规划和参数设置参数设置。。
18 本文将对基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹生成算法进行实验，并通过实验对该种刀具轨迹规划算法生成的刀具轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹进行比较分析。 1 实验对象 实验中取一远红外线成像仪的盖子作为实验对 象。其实验模型如图1所示。 图1 实验模型 图2 XkN714立式数控床身铣床 2 刀具轨迹计算 在充分理解算法的基础上，以Matlab为工具，以红外线成像仪上盖为加工对象，算出该平面型腔的加工轨迹。 3 实验过程 3.1 实验条件 实验设备：采用XkN714立式数控床身铣床（见图2），主要参数见表1： 表1 机床主要参数 主轴最高转速 /r?min -1 最大进给速度/mm?min -1 工作台面/ mm 最大力矩/N?m 6000 1500 750×500 5.80 加工刀具：Ф6键铣刀。工件材料：铝。 3.2 NC程序编制 利用程序计算出刀具轨迹点后，将这些单独的点转化为刀具轨迹线。图3为平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹，图4为基于单调链概念的平面型腔行切轨迹。从图中可看出平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹产生了3次抬刀动作，而基于单调链概念的型腔行切轨迹在整个加工过程中没有产 生抬刀动作。 图3 平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹 基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证 杨春花 （云南机电职业技术学院机械工程系，云南 昆明 650203） 摘要： 基于单调链技术的型腔行切刀具轨迹的规划方法，特点在于用单调链的数目来抽象描述内外轮廓的多边形几何形状的复杂性，从而建立起抬刀次数与行切行距、内外轮廓多边形的几何形状，内外轮廓多边形的数目之间的具体关系式，并在此基础上，采用相应的算法规定，最大程度地减少了抬刀动作的次数。关键词： 数控加工；刀具轨迹；单调链；抬刀次数；行切行距；内外轮廓中图分类号： TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0018-03 2012年第31/34期（总第238/241期）NO.31/34.2012 （CumulativetyNO.238/241）
第1章UG NX5基本操作及加工基础 UGS（Unigraphics Solutions）是全球发展最快的机械CAX（即CAD、CAE、CAM等的总称）公司之一。它的产品Unigraphics（简称UG）软件是当前世界上最先进和最紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的软件，这些公司包括波音飞机、通用汽车、普惠发动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。UG成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，其占有90%的俄罗斯航空市场和80%的北美发动机市场。美国航天航空界已安装了10000多套UG，在世界各国航天航空界享有极高的地位。UG软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，并发挥着越来越显著的作用。 UG NX5是2007年UG公司在UG NX4基础上推出的新一版本的更强大的CAD/CAM/CAE软件。其中界面修改比较多，参数整合较先前的版本都有质的提高。每个弹出窗口更人性化，书写编辑自由度更强。 在UG NX5加工应用环境中，系统在交互式操作界面下提供多种类型的加工方法，可用于各种表面形状零件的粗加工、半精加工和精加工。每个加工类型又包括多种加工模块。在其可视化功能下，用户可以在3D、2D下实现对刀具的运动路径及其真实加工过程的模拟，同时检验工件、刀具、刀柄之间的碰撞、过切等。如果在CAM环境中运行，可以对特定的机床及其控制器进行监控，对机床、工件、刀具、刀柄、工件、夹具、机床的相互碰撞进行检查，防止过切削、欠切削问题的发生。同时可以检查残留材料，并生成刀位文件。 UG NX5不仅提供了默认的加工环境，用户还可以设置自己的加工环境。定制编程环境是指UG/CAM的编程环境在一定程度上可以由用户定制的，可以根据自己的工作需要定制编程环境，排除与自己的工作不相关的功能。这样可以简化编程环境，使编程环境最符合自己的需要，减少过于复杂的编程界面带来的精神压力，有利于提高工作效率。通过在默认加工环境中创建并生成自己的加工环境，在以后的工作中可以继承已有参数，避免重复劳动，提高操作效率。 UG NX5的操作导航器提供用户观察和管理操作、几何、加工方法和刀具之间的关系。 UG NX5的加工模块中几乎都提供驱动方法、走刀方式、刀轴方向和投影矢量，可以根据部件表面轮廓选择最佳的切削路径和切削方法。UG NX5还提供控制点、进刀/退刀、
自由曲面加工理论与应用 第03讲--刀具路径生成算法概述
刀具路径生成方法的分类 （Taxonomy of tool-path generation） ?刀具路径生成方法包含的要素（Tool-path generation (TPG) mechanism） ?1）刀具路径规划的区域(Path-planning domain) 在二维区域内规划走刀模式（toolpath patterns），生成刀 具路径 （2D domain where tool-path patterns are planned） ?2）刀具路径生成的曲面(Path-generation surface) 在CC-surface或CL-surface等3D surface上生成刀具路径 （3D surface →CC-surface or CL-surface）。
三种刀具路径规划的区域（Three types of Path-planning domains） 1)参数区域(Parameter-domain(PD)): tool-paths are planned on the u,v-domain of the 3D surface r(u, v), and then they are mapped back to r(u, v). 2)导动平面(Guide-plane(GP)): tool-paths are planned on a separate “guide-plane”, and then they are projected on the surface. 3)导动曲面(Drive-surface(DS)): tool-path are defines as a series of intersection curves between “drive surfaces”and the pare-surface
数富UG7.5五轴加工20套经典案例 前言：数富以支持民族工业为己任花费大量人力物力开发了20套UG7.5 五轴加工经典案例，凝聚数富数位工程师历年的工厂加工经验与心得，案例典型丰富，简洁活泼的语言详细介绍，从简到难，让学者快速提升UG7.5五轴加工运用能力，领悟加工要点和精髓！ 由于时间的关系，难免有疏漏与不足，欢迎业内人士给予批评指正！https://www.doczj.com/doc/682754616.html, 第一周五轴理论讲解机床结构工作原理典型零件的工艺方案 第一节五轴机床结构特点与工作原理36min 1.五轴的定义:一台机床上至少有5个坐标，分别为3个直线坐标和两个旋转坐标 2.五轴加工特点： 1.三轴加工机床无法加工到的或需要装夹过长 2.提高自由空间曲面的精度、质量和效率 2.五轴与三轴的区别; 五轴区别与三轴多两个旋转轴，五轴坐标的确立及其代码的表示 Z轴的确定：机床主轴轴线方向或者装夹工件的工作台垂直方向为Z 轴 X轴的确定：与工件安装面平行的水平面或者在水平面内选择垂直与
工件的旋转轴线的方向为X轴，远离主轴轴线的方向为正方向 3.直线坐标X轴Y轴Z轴旋转坐标A轴、B轴、C轴 A轴：绕X轴旋转为A轴 B轴：绕Y轴旋转为B轴 C轴：绕Z轴旋转为C轴 XYZ+A+B、XYZ+A+C、XYZ+B+C 三种形式五轴 4.五轴按主轴位置关系分为两大类：卧式、立式 5.五轴按旋转主轴和直线运动的关系来判定，五轴联动的结构形式：1.双旋转转工作台（A+B为例） 在B轴旋转台上叠加一个A轴的旋转台，小型涡轮、叶轮、小型紧密模具 2.一转一摆A+B B+C刚性精度高 3.双摆头工作台大，力度大，适合大型工件加工，龙门式6. 五轴联动的结构的旋转范围： 双旋转转工作台旋转范围：+20A-100 B360 +30A-120 C360 一转一摆旋转范围：+30B-120 C360 双摆头旋转范围：+90A-90 C360 +30A-120 C360 第二节五轴加工优点应运典型零件的工艺方案实际生产加工常发生的问题及其解决方案32min 1.三轴加工的缺点：1.刀具长度过长，刀具成本过高 2.刀具振动引发表粗糙度问题 3.工序增加，多次装夹 4.刀具易破损 5.刀具数量增加 6.易过切引起不合格工件 7.重复对刀产生累积公差
２０１６年１月 第４４卷第２期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｊａｎ ２０１６ Ｖｏｌ ４４Ｎｏ ２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０２ ０１８ 收稿日期：２０１４－１１－１１ 基金项目：云南省科技厅应用基础研究基金资助项目（２０１３ＦＤ０６２） 作者简介：叶选林（１９８４ ），男，硕士，讲师，研究方向为先进制造技术二ＣＡＤ／ＣＡＭ集成技术三Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｘｕａｎｌｉｎ＠ １２６ ｃｏｍ三 基于ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ曲面加工刀具路径优化方案研究 叶选林 （云南开放大学机电工程学院，云南昆明６５０２２３） 摘要：在曲面加工中，刀具路径是影响切削效率和加工质量的关键因素之一，刀具路径是否合理至关重要三结合上气盖的加工工艺，对ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件生成的刀具路径进行研究，发现在加工过程中有抬刀过多二陡峭的部分有尖角存在及刀路分布不均匀的情况，这严重影响了零件加工效率和表面质量三针对这一问题，提出刀具路径的优化方案，提高产品加工效率和表面质量，对实际生产有一定的借鉴意义三 关键词：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件；曲面加工；刀具路径优化；工艺方案 中图分类号：ＴＨ１６４一一文献标志码：Ｂ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－０５９－３ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＴｏｏｌＰａｔｈＢａｓｅｄｏｎＰｏｗｅｒＭＩＬＬ ＹＥＸｕａｎｌｉｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹｕｎｎａｎＯｐｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｕｎｍｉｎｇＹｕｎｎａｎ６５０２２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｓｕｒｆａｃｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｔｏｏｌｐａｔｈｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｑｕａｌｉｔｙ，ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅ ｔｏｏｌｐａｔｈｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇａｓｃａｐ，ｔｈｅｔｏｏｌｐａｔｈｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＰｏｗｅｒＭＩＬＬｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｏｏｍｕｃｈｌｉｆｔｉｎｇｃｕｔｔｅｒ，ｐｏｉｎｔｅｄｔｏｏｌｐａｔｈｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｓｔｅｅｐｐａｒｔ，ｕｎｅｖｅｎｔｏｏｌｐａｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｐａｒｔｓｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｏｏｌｐａｔｈ ｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｐｒｏｄｕｃｔｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏａｃｔｕａｌｐｒｏ? ｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｓｕｒｆａｃｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ；Ｔｏｏｌｐａｔｈｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｐｒｏｃｅｓｓｓｃｈｅｍｅ 一一ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ是世界上著名的功能最强大二加工策略最丰富的数控加工编程软件系统，同时也是ＣＡＭ软件技术最具代表性的加工软件，具有集成一体的加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间三ＣＡＭ系统与ＣＡＤ分离，在网络下实现一体化集成，更能适应工程化的要求，代表着ＣＡＭ技术最新的发展方向［１］三下面以上气盖为载体，对上气盖在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件编程中刀具路径等进行研究，并提出优化方案三 １一零件模型的工艺分析及模拟加工１ １一零件模型的工艺分析 图１一上气盖模型图 图１可知，该零件的结构并不复杂，但局部的加工精度和表面粗糙度要求很高，加工的部分包括曲面和平面，零件的毛坯下半部分已经加工底 面作为基准，所以只考虑上半部分的加工，采用毛坯的加工尺寸２１０ｍｍ?１００ｍｍ?３２ｍｍ，数控加工中，按开粗?二次开粗?半精加工?精加工?清角精加工进行三 １ ２一零件模拟加工 通过对上气盖的综合分析后，从实际应用研究和 积累的相关经验出发，建议在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的区域清除粗加工中优先选用偏置加工策略［２］三选取?２０ｍｍ圆鼻刀开粗，选取?１０ｍｍ球刀二次开粗，让零件的余量均匀０ ３ｍｍ，这样有效地保护了刀具三选取? １０图２一上气盖精加工刀具路径ｍｍ的球头刀半精加 工，计算残留边界时所用的余量三选取?８ｍｍ的球头刀精加工，余量０，设置加工参数 得到精加工刀具路径，如图２所示三因粗加
五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真 【摘要】五轴数控作为航天、航空、国防、能源加工的重要方法，对提高制造水平以及工业技术具有重要作用。近年来，被广泛应用于各军事工业以及民用工业中，由于它在传统三轴加工的基础上增加两个自由度，所以用五轴加工能获得更好的加工质量与生产效率。本文结合五轴数控加工，对刀具路径规划以及动力学仿真进行了简要的探究和阐述。 【关键词】五轴数控加工；刀具路径；规划；动力学仿真 传统的三轴数控加工通过刀具平动实现各零件加工；五轴数控在三轴机床的基础上，增加了两个旋转轴，让刀具能在工作空间向任意方向移动。五轴数控加工的优势是通过控制刀轴，在改变刀轴方向的同时，从源头上避免零件与刀具干涉，进行叶轮整体与螺旋桨等相对复杂的零件加工，更好的匹配工件曲面以及刀具几何，在有效切宽的同时，进一步实现大型敞口曲面零件加工；在转变加工环境的同时，用刚度相对较低的刀具，减小刀具伸量。另外，控制刀轴方向还可以有效控制切削区域，在减小刀具磨损以及切削力的过程中，确保表面加工质量。但是由于旋转运动的引入，在刀轴更加灵活的同时，也增加了刀具规划的难度；由于进给速度不同，在瞬时变化的过程中，切削力与动力学等问题越来越复杂。 一、五轴数控加工的刀具路径规划 刀具路径规划作为整个数控的核心技术，在复杂的五轴刀具加工中，除了必须满足几何约束外，还必须整合物理因素以及动态特性。对于加工较难的工件，物理因素与动态特性主要取决于加工质量与效率，这也是刀具路径必须考虑的方面。在规划刀具路径时，必须在无干扰的基础上，通过改善刀轴方向，进一步扩大切削面积。 （一）干涉避免 目前，没有干涉的刀位规划可以分成：可达性以及后检测先规划的方法。干涉避免作为复杂曲面加工必须考虑几何约束。先生成后检测，是先生成刀具路径，再进行对应的干涉规划，通过改善刀轴方向，进一步避免干涉；而在可达性的基础上进行刀具规划，则是直接形成刀具路径的重要方法。先生成后检测的工作重心集中在调整刀轴方向以及检查干涉中。数控程序的刀位点通常有几万到十几万行，在检查中需要花费大量资源以及计算时间。所以研究重点必须放在检查干涉效率上。在复杂零部件加工时，后检测的方法需要不断调整刀轴方位，在干涉检查中，根据几何约束，进一步强化刀轴方向。 可达性规划方法，首先，应该在离散的触点中计算出对应的方向，再规划刀具路径，这种方法不仅可以正确判断零件的加工性，还可以有效减少刀具路径检测与调整。在刀具无干涉优化路径中，也可以根据机床刀轴方向，在努力克服刀轴方向难题的同时，计算刀轴需要的时间与资源。因此，研究重点必须放在刀具可达方向上。主要有：可视锥法与空间法，空间法的关键是映射到对应的空间。 （二）加工效率 到目前为止，五轴数控加工的重点仍是球头刀，由于效率不高，规划简单，所以必须调整姿态、位置，让刀触点轨迹接近理论曲面，进而不断扩大给定精度的宽度。对于敞口、平坦的曲面，如何充分利用五轴机床的潜力已逐渐成为当今研究的热点。在研究集中性圆环刀、平底刀加工，或者圆锥刀、圆柱刀加工时，根据数控加工要求，在靠点成形的过程中，有效控制刀具切削面积，提高加工效率，或者直接“宽行加工”。在这个过程中，单参数包络原理也就是五轴数控的加工成形原理，真实的加工误差就是包络面与工件曲面的法向误差。因此，怎样在单个刀位规划中，整合工件曲面与刀具包络面就成了非常重要的问题，甚至直接影响刀位精度。由于操作复杂性以及难度，很多数控加工单位都使用了简化处理的方法，把刀位规划成单个刀位，在工件曲面与刀具曲面优化中，根据优化模型真实反映加工进程，对刀位