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五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种高精度、高效率的加工方法，广泛应用于航天、航空、汽车、模具等行业。
在五轴数控加工中，刀具补偿是提高加工精度的关键技术之一。
本文将介绍五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法。
我们需要了解什么是刀具补偿。
刀具补偿是一种通过调整刀具轨迹来修正刀具尺寸偏差的技术。
在五轴数控加工中，由于刀具的形状和尺寸，以及加工过程中的刀具磨损等因素，会导致加工件的形状和尺寸与设计要求不一致。
通过刀具补偿可以在加工过程中实时调整刀具轨迹，使加工件的形状和尺寸达到设计要求。
刀具补偿主要有刀尖半径补偿和刀具长度补偿两种。
在五轴数控加工中，常用的刀具补偿方法有三种：固定坐标系法、刀尖法和刀具中心法。
固定坐标系法是将刀具补偿向量与刀具运动轴系列相联系，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀尖法是将刀具补偿向量与刀尖坐标系相联系，刀具补偿向量与刀尖坐标系是相对固定的，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀具中心法是将刀具补偿向量与刀具中心坐标系相联系，刀具补偿向量与刀具中心坐标系是相对固定的，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀具补偿的后置处理方法主要是指在加工完毕后对加工件的尺寸偏差进行修正。
常用的后置处理方法有两种：自动补偿和手动调整。
自动补偿是通过测量加工件的尺寸偏差，自动计算出补偿量，并输入到数控系统中进行补偿。
自动补偿可以大大提高加工精度和效率。
手动调整是指根据实际情况对加工件进行手动调整，帮助加工件达到设计要求。
手动调整一般适用于一些对加工精度要求不高的加工件。
除了以上提到的方法，还有一些其他的刀具补偿及其后置处理方法。
基于仿真的5轴刀具补偿方法，通过将刀具补偿向量与仿真模型相联系，实现刀具的准确补偿。
还有一种基于机器学习的刀具补偿方法，通过训练机器学习模型，实现刀具补偿的智能化。
五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理是提高加工精度的重要技术。
自由曲面铁削加工的刀位轨迹生成方法1 .与自由曲面刀位轨迹生成方法相关的术语l )切触点(Cutting Contact Point )刀具在加工过程中与被加上零件曲面的理论接触点。
对于曲面加工，不论采用什么刀具，从几何学的角度看，刀具与加工曲面的接触关系均为点接触。
2 )刀位点(Cutter Location Point )用来确定刀具在加工过程中所在的位置点。
一般来说，刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀具中心点和刀具轴矢量来描述，其中刀具中心点可以是刀心点，也可以是刀尖点。
采用刀尖点时刀具长度补偿比较方便，是目前的习惯用法。
由刀位点按一定的顺序连接而成的轨迹就是通常所说的刀位轨迹。
3 )导动面(Drive Surface )与导动点(Drive Point )由于待加工曲面的差别较大，有的曲面片组合相当复杂，如果直接对曲面片进行离散难度很大。
因此，通常采用映射方法来获得组合曲面的刀位轨迹，具体地说，就是先构造一张(组)比较简单的曲面，称为导动曲面，在导动曲面上按给定的加工工艺条件计算出刀位轨迹点，称导动点。
然后根据一定的规则(如沿主轴方向投影)把导动点映射到待加工表面上，经计算修正就可以获得待加工表面上相应的刀位点序列。
4 )干涉检查(Interference Check )对于用映射方法将导动点映射到待加工表面上的做法，不可避免地存在一个导动点对应多个刀位点的情况。
如果要从多个可能的映射点中确定出唯一的结果，就需要提供相应的附加判据：一是不可过切，二是欠切(一般由后续加工完成)最少。
对于直接对曲面进行离散也会碰到类似灼问题，我们把这一判断过程称为干涉检查。
干涉检查是自由曲面刀位轨迹生成算汰的关螃挤术之一。
在工程应用中，由CAM 软件自动判断，不需人工干预。
2 .基于参数空间的刃位饮迹生成方法自由曲面刀位轨迹生成方去可归纳为两类：一是基于参数空间的刀位轨迹生成方法;二是基于笛卡尔空司刀位轨迹生成方法。
根据示意图编写车削刀轨程序在一个神奇的机械王国里，住着一个年轻的小工匠，名叫阿福。
阿福呀，整天捣鼓着那些个机械玩意儿，梦想着有一天能成为机械大师。
这天，他接到了一个超级艰巨的任务——根据一张复杂得像迷宫一样的示意图编写车削刀轨程序。
阿福看着那示意图，眼睛都快花了。
那上面的线条就像无数条纠缠在一起的小蛇，“哎呀妈呀，这可咋整呢？”阿福挠着头，头发都被挠得像个鸡窝。
他想，这也许就像在黑暗中找路，得一步一步来。
他先从车削刀轨程序的起始点看起，那起始点就像一个神秘的洞口，车削刀具得从这儿出发。
阿福把自己想象成那把刀具，“我要是这刀，我得先直着往前走一段，就像我平时走路一样，一步一个脚印。
”他自言自语着，开始在本子上写写画画。
可是，没一会儿就遇到了第一个弯道。
这弯道可邪门了，弯弯曲曲的像一条调皮的蚯蚓。
阿福皱着眉头，“这咋跟呢？我觉得这就像在山里绕路，稍不注意就走错了。
”他苦思冥想，可能是要设置一个特定的弧度，让刀具能够平滑地转弯，就像汽车在盘山公路上行驶一样。
他一边想着，一边回忆起自己曾经跟着老师傅看车削过程的经历。
老师傅那熟练的操作，刀具就像听话的小宠物，在工件上精准地切削着。
阿福心想，“我啥时候能有老师傅那本事呢？”在编写程序的过程中，阿福又遇到了一个难题。
有一段轨迹需要刀具在很窄的空间里来回穿梭，这就像让一个大胖子穿过一个小门缝一样困难。
阿福有点犹豫了，他在本子上划掉了好几次自己写的方案。
“也许我可以把刀具的移动速度调慢一点，这样就能更精准地控制它了。
”阿福像是突然开窍了一样。
正当阿福沉浸在自己的思路里时，他的小伙伴阿旺跑了过来。
“阿福，你这整啥呢？愁眉苦脸的。
”阿旺问道。
阿福把示意图拿给阿旺看，阿旺看了一眼就叫了起来，“哎呀，这也太难了吧，你能搞定吗？”阿福被阿旺这么一问，心里有点没底了，但他还是倔强地说：“我肯定能行，不就是个程序嘛，我就不信我搞不定它。
”阿福又重新振作起来，继续盯着示意图。
他发现后面还有一段像是波浪一样的轨迹，这可把他难住了。
第9章四轴加工刀具路径四轴加工是在三轴的基础上加上一个回转轴，因此，四轴加工可以加工具有回转轴的零件或沿某一轴四周需要加工的零件。
CNC机床中的第四轴可以是绕X、Y或Z轴旋转的任意一个轴，通常是用A、B或C表示，具体是哪根轴是根据机床的配置来定的。
MasterCAM只提供了绕A或B轴产生刀具路径的功能，当机床是具有C轴的四轴CNC机床时，可以用绕A或B轴产生四轴刀具路径的方法产生刀具路径，通过修正后处理程序，可以生成具有C轴的四轴CNC机床的加工代码，由于后处理程序的设计比较复杂，本书没有涉及，如果读者有这方面的需求，可与本书作者联系。
本章将以一个实例介绍一个典型四轴加工零件的设计方法，说明绕A或B轴产生四轴粗加工和精加工刀具路径的方法和操作步骤，此实例为加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo, Canada）心理学系一个项目中的实际加工零件。
9.1 四轴加工零件的设计此零件的线框轴测图如图9-1a所示，图9-1b是经过渲染后的图形，此零件的特征为其中心线是一曲线，如图9-1a中的S1所示，在曲线上任意一点的正交面上是一个圆，曲线上任意一点的切线垂直于该正交面，在零件两端，圆缩为两点，被加工曲面是由无数个正交面上的圆包络而形成。
图9-1通过此例可以学习应用多个坐标系设计零件以及用举升方法产生类似形状曲面的方法。
步骤一基本设置层(Level)：1颜色(Color)：绿色(10)线型(Style)：实线(Solid)线宽(Width)：2绘图面(Cplane)：前视图（F）视图面(Gview)：前视图（F）Z向深度控制：0按功能键F9，在屏幕上建立工件设计坐标系。
步骤二绘制一系列点（共17点）选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-点(Point)-位置(Position)通过键盘依次输入点坐标。
输入第1点：-80，0 回车输入第2点：-73.848，2.918 回车输入第3点：-67.63，5.692 回车输入第4点：-61.349，8.32 回车输入第5点：-55.008，10.801 回车输入第6点：-48.611，13.133 回车输入第7点：-42.162，15.316 回车输入第8点：-35.663，17.347 回车输入第9点：-29.224，19.198 回车输入第10点：-22.277，20.439 回车输入第11点：-19.181，20.567 回车输入第12点：-17，20.5 回车输入第13点：-12.389，19.939 回车输入第14点：-7.892，18.771 回车输入第15点：-3.828，17.133 回车输入第16点：-1.726，16.01 回车输入第17点：0，15 回车按下Esc键，结束绘制点操作，得到绘制的17个点，如图9-2所示。
Mastercam9.1教案（一）第一篇：Mastercam9.1教案(一)模块一Mastercam 9.1 入门Ⅰ、组织教学清点人数，安定课堂，集中学生思想，维持课堂纪律，掌握教学进程。
Ⅱ、复习引入MasterCAM9.0的用途：集成了CAD/CAM功能，有四大模块，只讲授mill（数控铣）。
Ⅲ、授新1．介绍CAM软件的使用情况。
2．学习CAM的重要性。
3．学习MasterCAM9.0的方法4．课堂要求，上机操作注意事项5． MasterCAM9.0的安装。
a.卸载b.定制安装c.破解d.汉化e.启动 6．学生动手安装Ⅳ、小结MasterCAM9.0的安装模块一Mastercam 9.1 入门Ⅰ、组织教学清点人数，安定课堂，集中学生思想，维持课堂纪律，掌握教学进程。
Ⅱ、复习引入MasterCAM9.0的安装、汉化过程Ⅲ、上机练习1．MasterCAM9.0的安装。
f.卸载 g.定制安装 h.破解 i.汉化6．启动MasterCAM9.0进行绘图热身7．巡回指导a.指导学生进行安装。
b.指导学生进行绘图热身。
c.指导学生进行其它的操作。
Ⅳ、小结MasterCAM9.0的安装要点、方法和步骤模块一Mastercam 9.1 入门Ⅰ、组织教学清点人数，安定课堂，集中学生思想，维持课堂纪律，掌握教学进程。
Ⅱ、复习引入数控加工编程中，对于曲面的加工编程，用人工编写程序，计算工作量大，有些根本无法完成，只有借助于计算机来完成，现在自动编程的软件的MASTERCAM，UG，POWERMILL等Ⅲ、新授课题1 认识MasterCAM9.1软件界面一、任务描述认识如图所示的Mastercam 9.1 的软件窗口界面，并对软件系统进行参数设置。
二、任务实施1.启动Mastercam 9.12、Mastercam 9.1软件窗口界面3、系统设置4、离开Mastercam 9.1 Ⅳ、小结窗口界面、系统设置模块一Mastercam 9.1 入门Ⅰ、组织教学清点人数，安定课堂，集中学生思想，维持课堂纪律，掌握教学进程。
第4章数控编程常用指令【教学目标】通过本章节的教学：使学生掌握数控编程常用指令准备功能G代码，辅助功能M代码及主轴功能S、进给功能F、刀具功能T代码的使用格式，各代码所表述的意义以及在编程的过程中要注意的事项。
【教学重点】 G代码、M代码、F、S、T功能代码的使用格式【教学难点】 G代码的使用格式及意义【教学时数】理论10学时【课程类型】理论课程【教学方法】理论联系实际，讲、例、练三结合【教学内容】4.1 概述1、数控编程常用的指令代码主要有准备功能G代码，辅助功能M代码及主轴功能S、进给功能F、刀具功能T代码。
2、G代码分为模态代码和非模态代码。
模态代码除了在本程序段有效外，在后续程序段也起作用，直到出现同组的另一个代码时才失效。
非模态代码只在本程序段有效，如G04，其功能仅在所出现的程序段内才有作用。
3、M功能也有模态和非模态两种形式。
另外，M功能还可以分为前作用M功能和后作用M功能。
前作用M功能是在程序段中编制的轴运动之前执行，后作用M功能是在程序段中编制的轴运动之后执行。
表4.1为我国JB3208-1983准备功能G代码。
表4.2为我国JB3208-1983辅助功能M代码。
4.2 与坐标和坐标系有关的指令4.2.1 工件坐标系设定指令G92指令用来设定刀具在工件坐标系中的坐标值，属于模态指令，其设定值在重新设定之前一致有效。
程序段格式为：G92 X Y ZX、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置。
例如：G92 X25.0 Z350.0；设定工件坐标系为X1O1Z1；G92 X25.0 Z10.0；设定工件坐标系为X2O2Z2。
以上两程序段所设定的工件坐标系如图4.1所示。
工件坐标系建立以后，程序内所有用绝对值指定的坐标值，均为这个坐标系中的坐标值。
必须注意的是，数控机床在执行G92指令时并不动作，只是显示器上的坐标值发生了变化。
图4.1 工件坐标系设定4.2.2 工件坐标系选择指令工件坐标系选择指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。
第一章1. 什么叫机床的数字控制？什么是数控机床？机床的数字控制原理是什么？答：数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
是数控技术典型应用的例子。
数控机床在加工零件时，首先是根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；其次是编制零件的数控加工程序，然后将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动方向、速度和位移的大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2. 什么叫点位控制、直线控制和轮廓控制？答：点位控制是控制点到点的距离。
只是要求严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。
直线控制是不仅控制点到点的距离，还要控制这两点之间的移动速度和路线，使之沿坐标平行或成45°的方向运动。
也就是说同时控制的坐标只有一个。
轮廓加工控制是控制轮廓加工，实时控制位移和速度。
它的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续地相关控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足轮廓曲线和曲面加工的要求。
控制过程中不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。
3. 简述数控机床是如何分类的？答：按伺服系统的类型分：开环控制的数控机床、闭环控制的数控机床、半闭环控制的数控机床。
按工艺方法分：金属切削类数控机床、金属成型类及特种加工类数控机床。
按功能水平分：低档数控机床；中档数控机床；高档数控机床。
4.什么叫CNC？答：以计算机为核心的数控系统。
第二章1.数控程序和程序段的格式是什么？包括哪几类指令代码？答：从数控系统外部输入的，根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制并直接用于加工的程序，就是数控加工程序，简称为数控程序。
复杂型腔无退刀环切刀具轨迹连接方法张鸣;刘伟军;李论【摘要】为克服传统环切轨迹连接方法的不足,提出了一种简单有效的环切刀具轨迹连接方法.在该轨迹连接方法中,轨迹环被组织成区域树的形式,区域树的每个节点对应一次偏置操作的结果;为了编组轨迹环,利用轨迹环间的嵌套关系将区域树剖分为轨迹簇,进而利用过渡点和虚过渡点完成了轨迹簇的连接,形成了子轨迹;合并了多条子轨迹,以使生成的轨迹完全没有退刀.利用无需额外计算的区域树,改善了传统无退刀轨迹连接算法在处理大规模问题上的效率.【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2010(016)009【总页数】6页(P1896-1901)【关键词】环切加工;轨迹连接;区域树;刀具轨迹规划;曲面造型【作者】张鸣;刘伟军;李论【作者单位】中国科学院,沈阳自动化研究所,辽宁,沈阳,110016;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,沈阳自动化研究所,辽宁,沈阳,110016;中国科学院,沈阳自动化研究所,辽宁,沈阳,110016【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言在复杂型腔区域铣削中,环切是一种最为常用的加工方法,其刀具轨迹的生成主要由轨迹环[1]的构建和轨迹环的连接两步组成。
目前,有关环切刀具轨迹规划的研究主要集中在轨迹环的构建,而对于轨迹的连接并未给予足够的重视[1-5]。
如果单纯从几何学层面考虑轨迹环的构建而忽视轨迹连接,可能会降低加工的效率和质量,而不当的连接方式甚至会导致工件的报废。
因而,对刀具轨迹连接方法的研究显得尤为重要。
在国外,很多研究人员对环切轨迹的连接问题已经做了很多研究。
但是严格说来,这些方法都存在着一定的局限性,如文献[6]中Guyder提出了一种简单实用的轨迹环连接方法。
但这种方法过分地把轨迹连接问题简化为轨迹元素排序问题,导致方法能处理的情况过于特定[3]。
在文献[1]中Park从减少退刀数的角度出发,提出了一种在以上工作的基础上,本文阐述了一种新的环切轨迹连接方法,该方法通过构建区域树、剖分区域树的方式完成了对轨迹环的分组与连接。
