第7章 曲面加工刀具路径

西安航空职业技术学院Mastercam实训报告科目：Mastercam实训专业：机电一体化西安航空职业技术学院2012年11月01 日西安航空职业技术学院数控编程实训任务书题目：三维曲面的绘制与刀具路径设计内容：1、Mastercam界面的学习与熟悉及CAD的介绍2、完成三维线型框架及曲面绘制3、CAM的参数设置4、生成G代码技术条件或要求培养学生具有数控机床操作、编程能力，选取典型零件，要求学生根据零件图进维线型框架及曲面绘制与CAM参数的设置及生成G代码并进行相关专业知识及计算机相关软件的熟悉，按要求完成设计说明书一份。

指导教师签名：教研室主任签名：发题日期：2012年10月24日完成日期：2012年11月01日前言Mastercam是美国CNC软件公司开发的CAD/CAM一体化软件，它集二维绘图，三维实体，曲面设计，数控编程，刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一身，且对系统运行环境要求较底，可以使用户在产品设计，工程图绘制，2~5坐标的镗铣加工，车削加工，2~4坐标的切割加工以及钣金下料等加工操作中都能获得最佳效果。

Mastercam自诞生以来，因其基于PC平台，支持中文环境，并且价格适中，被广泛应用于众多的企业中。

它是一个大众化、人性化的软件，它的CAM应用使用非常方便、快捷、安全，这使得它使用覆盖面及广。

三维刀具路径的内容接近实际加工，并且可以直接应用到数控实训中。

目录第一章MASTERCAM 的介绍 (1)1.M ASTERCAM 的启动 (1)2.M ASTERCAM的设置 (1)3.有关CAD的介绍 (2)第二章三维曲面的绘制 (2)1操作步骤： (2)第三章三维加工 (12)第四章生成G代码 (24)结束语 (25)谢辞 (26)1.Mastercam 的介绍1.1Mastercam 的启动当计算机已装好Mastercam时，可以通过双击桌面上的图标启动Mastercam,也可以选择【开始】|【所有程序】来启动Mastercam.1.2.Mastercam的设置Mastercam软件自身有一个内定的系统配置参数，用户可以根据自身的需要和实际情况来更改某些参数，以满足实际使用的需要。

2007年第26卷12月第12期机械科学与技术M echanical Science and T echno l ogy for A erospace Eng ineer i ng D ece m be r V o.l 262007N o .12收稿日期:2006-09-27基金项目:国家自然科学基金项目(50575082)资助作者简介:何雪明(1966-),男(汉),江苏,副教授,硕士,hxue m 2003@163.co m数控加工中基于自由曲面表面特性的刀具路径安排何雪明1,2,李成刚1,胡于进1,曲 萍2,马仙龙2(1华中科技大学机械科学与工程学院,武汉 430074;2江南大学机械工程学院,无锡 214122)摘 要:目前CNC 上的轨迹控制功能仍主要是直线和圆弧插补,因此当加工自由曲面时,大多只能采用直线或圆弧逼近算法来对曲线进行逼近处理。

针对数控加工的实际需求,现在数控系统技术人员对数控机床插补器进行研究并开发出了许多曲线和曲面插补功能。

基于曲线插补,在保持进给速度尽可能恒定的条件下,对刀位路径和刀位速度进行离线的曲线拟合,以便于得到用于数控加工的刀位文件。

这种方法能有效解决进给速度的波动问题,并能有效压缩刀位文件。

为此,提出几种算法来拟合刀位路径和刀位速度轮廓曲线。

曲线和曲面插补在数控代码数据量和逼近误差方面都有较大的改善。

关 键 词:刀位路径;刀位速度;曲线插补;曲线拟合中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1003-8728(2007)12-1517-07CNC Tool Path Planni ng Base d on Characteristics of Free -for m SurfaceH e X ue m i ng 1,2,L i Chenggang 1,H u Y u ji n 1,Qu P i n g 2,M a X ian l ong2(1Schoo l o fM echan i ca l Sc i ence and Eng i neering ,H uaz hong U n i versity of Sc i ence and T echno logy ,W uhan 430074;2Schoo l ofM echan i ca l Eng i neering ,Southern Y ang tze U n i versity ,W ux i 214122)Abst ract :A t presen,t co m puter num erica l contr o l(C NC)m ach i n es still use li n ear i n terpo lation and arc interpo la -ti o n to contr o l their trajectories .Therefore ,i n m ac h i n i n g a free -fo r m surface ,m ost o f t h e m use the li n ear and arcapproach algo rithm to approach its curves .A cco r d i n g ly C NC techn icians study the i n ter polato r o f a CNC m achine too l and deve l o p m any functi o ns o f cur ve interpo lation and free -for m surface i n ter polati o n .U si n g the curve i n terpo -lation ,they perfor m the of-f li n e curve fitting o f cutter l o cation(CL)path and CL feeding ve l o c ity under the cond-i ti o n t h at t h e latter is kept as constant as possi b le .Thus they obta i n CL fil e s to be used i n CNC m achining .Th is m ethod can effectively reduce the fluctuation of feeding velocity and condense CL files .For these reasons ,w e pro -pose several algorithm s for fitting the pr o file curves of CL path and CL feeding ve l o c ity .The algorithm no tab l y i m -proves the curve and free -fo r m surface interpo lator i n ter m s o f the nu m ber o f C NC codes and approach errors .K ey w ords :cutter location path ;curve interpo lation ;cur ve fitti n g ;c u tter locati o n feeding veloc ity 曲面加工是数控技术和CAD /C AM 的重要应用与研究对象,如何经济地实现高效高质量的加工一直是其重点问题[1]。

曲面加工的刀路定义及自动编程一、实训目的（ 1）、初步掌握 M aster CAM曲面粗、精加工的刀路定义方法（ 2）、了解MasterCAM曲面加工刀路定义的主要参数设置（ 3）、初步了解MasterCAM曲面加工工艺二、预习要求认真阅读教材中有关曲面加工的刀路定义及自动编程部分的内容。

三、实训理论基础1 ．曲面的选取：在曲面数量不太多时，可一个一个地直接选取；在曲面数量很多时，就需要采用快捷的选取方式，可能大多数情况下是选“所有曲面”项，当只需要加工众多曲面中的部分，而另外部分曲面需要定义为干涉曲面时，最好事先将相应的曲面定义成群组。

这样在选取曲面时就可有选择性的选“群组”项。

对于全体曲面中刀具加工不到的曲面部分， MsterCAM 在进行刀路计算时会根据曲面干涉情况自动测算，因此大多数情形下不需要考虑要不要将这些曲面从加工群组中剔除。

2 ．曲面深度设定图 14-1 深度分层控制曲面深度设定用于控制 Z 方向要加工的范围。

默认设定是顶部和底部都预留 0.2mm 的增量坐标方式（如图 14-1a ），即加工范围为曲面最高点下方 0.2mm 到曲面最低点上方 0.2mm ；如果需要人为控制 Z 加工范围，可设定绝对坐标方式，这样可以根据曲面的曲率变化情况有意识地将曲面按不同的 Z 区段以不同的 Z 步距进行刀路设计，从而有效地控制加工质量。

Z 向加工的分层控制，主要是设定 Z 向步距值。

3 ．曲面粗加工1 ）．挖槽式：以挖槽的方式，可将限制边界范围内的所有废料都切除掉，切削量分配合理，是块状料粗切的较理想的方式。

图14－2挖槽式曲面粗切刀路2 ）．平行式：以垂直于 XY 面为主切削面（由加工角度决定），紧贴着曲面边廓产生刀路。

图14－3平行式曲面粗切3 ）．径向扫射式：以指定的一点为扫射中心，以扇面的方式产生刀路。

该法适用于圆形坯件的切削。

图14－4径向扫射式4 ）．等高外形方式：以 XY 为主切削面，紧挨着曲面边廓产生刀路，一层一层地往下推进。

自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法研究一、本文概述随着现代制造业的快速发展，复杂曲面零件的加工需求日益增加，而自由曲面加工刀具路径轨迹规划作为决定加工质量和效率的关键因素，已成为研究的热点。

本文旨在探讨自由曲面加工刀具路径轨迹规划的相关算法，以期为提高加工精度和效率提供理论支持和实践指导。

本文将首先综述自由曲面加工刀具路径轨迹规划的研究背景和意义，分析当前国内外在该领域的研究现状和发展趋势。

在此基础上，深入探讨自由曲面加工的特点和难点，以及刀具路径轨迹规划的基本原则和要求。

随后，本文将重点研究自由曲面加工刀具路径轨迹规划的关键算法，包括曲面造型算法、刀具轨迹生成算法、轨迹优化算法等，并对这些算法进行详细的理论分析和实验验证。

通过本文的研究，旨在提出一种高效、稳定的自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法，为复杂曲面零件的加工提供一种新的解决方案。

本文的研究成果也将为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴，推动自由曲面加工技术的进一步发展。

二、自由曲面加工理论基础自由曲面加工，作为一种高度灵活的加工方式，在现代制造业中占据了重要的地位。

自由曲面，区别于传统的规则几何面，具有非常复杂和不规则的几何形状。

这类曲面的加工需要依赖先进的数控加工技术和精确的刀具路径轨迹规划算法。

自由曲面加工的理论基础主要包括数学几何理论、数控加工技术、刀具运动学以及切削力学等。

数学几何理论为自由曲面的描述和建模提供了基础，如参数化曲面、NURBS曲面等数学模型，能够精确地描述自由曲面的形状。

数控加工技术则负责将数学模型转化为具体的加工指令，通过数控系统控制机床的运动，实现曲面的加工。

在刀具路径轨迹规划方面，关键在于根据曲面的几何特征，选择适当的加工策略，生成无碰撞、平滑且高效的刀具路径。

这涉及到刀具运动学的知识，如刀具的姿态调整、切削速度的设定、刀具与工件的相对运动等。

切削力学则关注在加工过程中，刀具与工件之间的切削力、切削热等物理量的变化，以及这些物理量对加工质量的影响。

自由曲面高性能数控加工刀具路径技术研究一、本文概述随着现代制造业的快速发展，自由曲面零件在众多领域中得到了广泛应用，如航空航天、汽车制造、模具制造等。

自由曲面零件的加工精度和表面质量直接影响着产品的性能和使用寿命。

研究自由曲面高性能数控加工刀具路径技术，对于提高加工效率、保证加工质量和降低加工成本具有重要意义。

本文旨在探讨自由曲面高性能数控加工刀具路径技术的相关理论和方法，分析刀具路径生成过程中的关键因素，研究优化刀具路径的策略，并通过实验验证所提方法的有效性和可行性。

本文将对自由曲面数控加工刀具路径技术的研究现状进行综述，分析现有技术的优点和不足。

研究自由曲面数控加工中的刀具路径规划方法，包括刀具选择、路径生成和优化等方面。

接着，探讨基于不同优化算法的刀具路径优化技术，以提高加工效率和质量。

通过实验验证所提方法的有效性，并对实验结果进行分析和讨论。

本文的研究不仅有助于推动自由曲面数控加工技术的发展，还可为相关领域提供有益的参考和借鉴。

本文的研究成果对于提高我国制造业的整体水平和竞争力也具有一定的促进作用。

二、自由曲面数控加工技术概述自由曲面，作为一种复杂且不规则的几何形状，在航空、汽车、模具等制造领域具有广泛的应用。

由于其形状复杂，传统的加工方法往往难以满足其精度和效率的要求，自由曲面数控加工技术应运而生。

数控加工技术通过计算机控制机床，实现对工件的精确加工，尤其适用于复杂曲面的加工。

自由曲面数控加工技术主要包括刀具路径规划、数控编程和机床控制三个核心环节。

刀具路径规划是数控加工的关键技术之一，它决定了加工过程中刀具的运动轨迹，直接影响着加工质量和效率。

刀具路径规划需要考虑的因素包括曲面形状、材料特性、加工精度、切削力、切削热等。

在刀具路径规划过程中，常用的算法有等参数线法等残留高度法、基于几何特征的刀具路径规划等。

等参数线法是根据曲面的参数方程，沿着参数线进行刀具路径规划，适用于参数化的自由曲面。

图片简介:本技术介绍了一种适用于曲面的刀具加工路径规划方法，其特征在于，包括获得样本工件在规则二维平面上的平面刀具路径规划图像，将其与对应的真实刀具路径规划图像一起，构成训练样本对刀具加工路径规划模型进行训练；将平面刀具路径规划图像并将其与真实刀具路径规划图像进行相似度比较，完成刀具加工路径规划模型的训练；将待加工工件的工况条件及其对应的规则二维平面输入刀具加工路径规划模型，对应输出该待加工工件的刀具加工路径规划。

本技术技术方案针对目前神经网络在刀具加工路径规划问题上准确度不高、泛化能力不强的情况，采用对神经网络进行多样本、多工况对抗训练的方式，可以有效提高神经网络在刀具加工路径规划应用的精确度。

技术要求1.一种适用于曲面的刀具加工路径规划方法，其特征在于，包括S1根据工况条件，获得样本工件在规则二维平面上的平面刀具路径规划图像，将其与对应的真实刀具路径规划图像一起，构成训练样本对刀具加工路径规划模型进行训练；S2将样本工件的工况条件及其对应的二维平面输入神经网络，控制对应输出平面刀具路径规划图像并将其与真实刀具路径规划图像进行相似度比较，若符合相似度判断条件则进入步骤S3，否则进入步骤S1；S3遍历全部训练样本，完成刀具加工路径规划模型的训练；S4根据待加工工件的形状构造其三维结构模型，并通过参数域变换将所述三维结构模型的各个面展开为规则二维平面；S5将待加工工件的工况条件及其对应的规则二维平面输入刀具加工路径规划模型，对应输出该待加工工件的刀具加工路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种适用于曲面的刀具加工路径规划方法，其中，步骤S2中所述相似度条件优选为平面刀具路径规划图像与真实刀具路径规划图像之间的相似度达到一定阈值。

3.根据权利要求1或2所示的一种适用于曲面的刀具加工路径规划方法，其中，所述规则二维平面优选为标准矩形平面。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种适用于曲面的刀具加工路径规划方法，其中，所述平面刀具路径规划图像与真实刀具路径规划图像之间的参数域变换为三维结构模型到规则二维平面之间的参数域变换的逆变换。

基于曲面划分的刀具路径规划设计张伟文;杨福祥;刘志伟【摘要】常规刀具路径规划算法在复杂曲面上较难得到高效的刀路.采用区域划分的方法提出了一个较高效的刀具路径规划算法.该算法先根据曲面离散曲率点阵来划分曲面,划分后的子曲面形状类似于直纹面,子曲面经过边界简化再生成刀具路径.实验结果表明,该算法产生的总路径较短,能有效提高复杂曲面的加工效率.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P125-127)【关键词】数控加工;刀具路径;曲面划分【作者】张伟文;杨福祥;刘志伟【作者单位】东莞职业技术学院,广东东莞523808;东莞职业技术学院,广东东莞523808;东莞职业技术学院,广东东莞523808【正文语种】中文【中图分类】TH164刀具路径是数控加工中刀具行进的轨迹，刀具路径的优化是提高数控加工效率的重要手段。

刀具路径的规划可分为全局优化和局部优化两种。

直接采用全局优化方法较难处理的复杂曲面，而采用局部优化是一个可行性更好的手段。

目前已有多个局部划分算法被提出来了。

杨洋等[1]采用加工力最小原理来划分曲面并生成加工路径，优化后刀具路径可以实现最小平均合成力。

肖钊等[2]提出了基于曲面离散刀位点聚类实现刀具路径分段的算法，离散后进行数据处理较为容易，该算法较为可靠，适应性较强。

Chen[3]提出了一个自适应的3-1/2-1/2轴的刀具规划算法]，此算法采用聚类和Voronoi划分来生成局部曲面，该算法划分较为粗糙，曲面边界问题未能很好解决。

Ding等[4]提出了一个3轴球头铣刀的自适应等平面刀具路径规划算法。

此算法中，工件待加工面会划分为多个等辐透面，然后基于等平面算法生成刀具路径。

Wang和Tang等[5]提出适合端面铣刀的五轴刀具路径生成算法，此刀具路径具有较高的效率，其划分的曲面较为狭长，子曲面之间需要处理边界较长。

以上算法均是先进行曲面划分然后再生成路径的局部优化方法，主要适合于端面铣刀或球头铣刀的加工，不能很好地应用于有效切削投影为平行四边形的磨削抛光加工。

曲面数控加工中面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段算法一、引言- 研究背景- 目的与意义- 现有研究问题及不足二、相关技术和理论- 曲面数学和NURBS基础知识- 数控加工技术与加工路径生成方法- 面向NURBS刀具路径的刀位点生成算法三、面向NURBS刀具路径的刀位点分段算法- 算法流程设计- 刀位点分布规则分析- 刀位点分段实现方法四、算法实现与验证- 程序设计与调试- 实验测试与结果分析五、结论及展望- 研究工作总结- 存在问题及改进方向- 前景与意义参考文献一、引言随着现代制造技术的不断发展和进步，数控加工技术越来越广泛地应用于各种工业制造领域。

其中，曲面数控加工技术是一种常见的高精度零件加工方式，具有加工精度高、加工效率高、加工自动化程度高等特点。

因此，曲面数控加工技术在航空、机械、模具等制造领域广泛应用。

曲面数控加工的基本任务是将 CAD 三维模型数据转化为数控加工机床的 G 代码，控制刀具轨迹实现加工操作。

在曲面数控加工中，生成高效、准确的刀具路径非常重要，可以直接影响加工质量和效率。

因此，如何将 CAD 三维模型数据转化为高效的数控加工机床 G 代码，逐渐成为曲面数控加工技术中的研究热点。

NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）是一种常用的曲面表达方法，它在现代制造技术中得到了广泛应用。

针对NURBS 接口的刀具路径生成是曲面数控加工的一项重要研究内容。

目前，如何在计算机中精确地表示和绘制 NURBS 刀具路径已成为数控技术中需研究的关键。

在曲面数控加工中，如何实现高效的刀位点分段成为研究领域之一。

本论文将针对面向 NURBS 刀具路径生成的刀位点分段算法进行研究，为曲面数控加工机床提供高精度的 G 代码生成方案。

本文将从以下几个方面展开研究：首先，简要介绍曲面数控加工技术的发展背景、研究现状及存在问题。

随后，探讨本研究所需要用到的相关技术和理论，包括曲面数学和NURBS基础知识、数控加工技术与加工路径生成方法、面向NURBS刀具路径的刀位点生成算法等。