机械CADCAM技术第八章计算机辅助数控加工编程.ppt
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第八章计算机辅助数控加工编程,8.1数控加工编程技术基础8.2数控编程方法及其实现8.3数控编程中的刀位计算8.4CAD/CAM系统数控编程作业过程8.5数控编程举例,1,8.1数控加工编程技术基础,1、数控机床坐标系统2、数控程序格式及其相关的代码指令3、常用切削刀具4、刀具运动控制面,2,1、数控机床坐标系统,数控机床坐标系统命名:
ISO841标准规定,数控机床采用笛卡儿右手直角坐标系。
直线运动坐标轴:
X、Y、Z回转运动坐标轴:
A、B、C,3,数控机床坐标定义前提:
假设工件不动,刀具相对工件运动Z轴:
与主轴平行,工件尺寸增大方向为正方向;多主轴时,使用最多的为Z轴;无主轴时,垂直于工件装夹面坐标轴为Z轴。
X轴:
与工件装夹面平行,水平且与Z轴垂直车床沿工件径向,离开工件轴线方向为正向铣床立式:
由主轴向立柱看,右手方向为正向卧式:
由主轴向工件看,右手方向为X轴正向,4,卧式铣床,5,+Z,双立柱龙门机床:
从刀具向左立柱看,右手方向为X轴正方向。
+X,Y,6,Y轴:
已知Z、X轴,根据右手法则确定Y坐标正方向。
A、B、C轴:
分别绕X、Y、Z轴右螺旋前进方向,WILLEMIN公司主轴可摆动的五轴加工中心,7,机床坐标系MCS(MachineCoordinateSystem):
坐标原点:
由机床厂商设定的固有坐标点,通常是以机床上固定基准线/基准面或与之距离确定。
如立式数控铣床原点设定于主轴中心线与工作台交点,其位置由至工作台两个侧面给定距离设定。
工件坐标系WCS(WorkpieceCoordinateSystem):
为编程方便,可通过G代码设定,可设置多个工件坐标系。
数控加工中的刀具运动轨迹一般是以工件坐标系WCS进行计算的。
8,9,2、数控程序格式及其相关的代码指令数控程序格式目前最普遍采用是字地址格式形式:
N6G2X5.3Y5.3Z5.3F4.3S4T4M2其中:
N程序顺序号字;G准备功能字;X(Y,Z)坐标尺寸;F进给速度功能字;S主轴转速功能字;T刀具功能字;M辅助功能字。
10,准备功能代码指令为数控机床建立工作方式,为数控系统的插补运算、刀补运算、固定循环等做好准备。
11,辅助功能代码指令:
是为数控加工、机床操作而设定的工艺性指令和辅助功能,是数控编程必不可少的功能代码。
12,3、常用切削刀具,球头铣刀圆角铣刀平底铣刀,13,14,刀触点:
在加工过程中刀具与工件的实际接触点(A)。
刀位点:
数控编程中用以表示刀具位置的坐标点(O),球头刀设于球心,圆角铣刀和平底铣刀位于端面中心,但UG编程系统刀位点全部在端面中心。
15,a)5参数b)7参数c)10参数刀具参数定义,16,4、刀具运动控制面,零件面:
零件上已加工生成的表面,用以控制切削深度;导动面:
控引导刀具运动的面,用以控制刀具运动方向;检查面:
确定走刀的终止位置,检查切削过程的干涉。
17,刀具与导动面的关系,刀具与检查面的关系,18,8.2数控编程方法及其实现,1、手工编程2、数控语言自动编程3、CAD/CAM系统自动编程,19,数控编程重要性:
数控设备闲置原因大约20-30%是编程不及时造成的;数控程序编制费用可以与数控机床成本相提并论;高质快速的编程方法一直与数控机床本身并行发展。
数控编程技术的发展:
手工编程;数控语言自动编程;图形交互编程;CAD/CAM集成系统编程;应用CAD/CAM系统进行数控编程成为主流:
CAM系统可完成形面定义、刀具选择、加工参数设定、刀轨计算、后置处理、加工模拟等数控编程的整个过程。
20,手工编程特点:
不需辅助工具,效率低、出错率高,难以对复杂零件编程。
1、手工编程,21,数控语言的产生与发展,1953年MIT开始研究数控自动编程;1955年公布APT自动编程系统;之后的近40年不断推出新版本,如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等;德国EXAPT、法国IFAPT;日本FAPT;我国在上世纪70年代推出SKC、ZCX车铣编程系统。
2、数控语言自动编程,22,数控语言APT简介,APT数控语言格式:
命令/参数例:
GODLTA/20,20,-5增量走刀数控语言常用语句:
初始语句:
例PARTNO几何定义语句:
例POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等刀具定义语句:
例CUTTER刀具运动语句:
例GOLFT、GORGT、GOFWD等切削用量语句:
例FEDRAT、SPEED等容许误差语句:
例OUTTOL、INTOL后置处理语句:
例MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等,23,数控语言自动编程原理:
应用专用数控语言编制零件源程序,经编译生成刀具运动轨迹(刀位文件CLDataFile),经后置处理生成相应机床数控加工程序。
特点:
比手工编程效率高,解决复杂曲面编程问题。
但专用词汇及语句格式繁多,仍存在编程效率与机床加工速度间的矛盾。
24,加工图示零件APT源程序:
PARTNO/TEMPLATE;初始语句,TEMPLATE为程序名称MACHINE/FANUC,6M;后置处理程序的调用CLPRNT;打印刀具轨迹数据OUTTOL/0.002;外轮廓逼近容差INTOL/0.002;内轮廓逼近容差CUTTER/10;平底立铣刀,直径=10mmL1=LINE/20,20,20,70;定义直线L1几何定义L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1;直线L2L4=LINE/20,20,46,20;直线L4L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4;直线L3C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10;圆弧C1SETPT=POINT/-10,-10,10,25,FROM/SETPT;指定起刀点运动轨迹定义FEDRAT/2400;快速进给GODLTA/20,20,-5;增量走刀SPINDL/ON;主轴启动COOLNT/ON;冷却液开FEDRAT/100;指定切削速度GO/TO,L1,TO,L4;初始运动指定TLLFT,GOLFT/L1,PASTL2;沿直线L1左边切削直至超过直线L2GORGT/L2,TANTO,C1;右转切削L2直至切于圆C1GOFWD/C1,PAST,L3;沿圆C1切削直至超过L3GOFWD/L3,PAST,L4;沿直线L3切削超过L4GORGT/L4,PAST,L1;右转切削L4直至超过L1GODLTA/0,0,10;增量走刀SPINDL/OFF;主轴停止FEDRAT/2400;快速进给GOTO/SETPT;返回起刀点END;机床停止FINI;零件源程序结束,26,CAM模块,3、CAD/CAM系统自动编程,CAD/CAM系统数控编程原理,CAD造型,加工工艺分析加工面选择工艺参数确定,刀轨文件生成,刀位验证编辑修改,后置处理,加工仿真,机床加工,加工参数库,刀具库材料库,27,几种数控编程方法的比较,28,8.3数控编程中的刀位计算,1、非圆曲线刀位点计算2、球头铣刀行距和步长的确定3、曲面加工中的刀位计算4、平面型腔零件加工刀位点的计算5、刀具的干涉检验,29,1、非圆曲线刀位点计算,直线段逼近:
有等间距法、等弦长法和等误差法a)等间距法以相等的某自变量步长计算离散点。
关键问题:
如何根据允许误差确定步长x,30,b)等弦长法-所有逼近线段的弦长相等关键问题:
以轮廓曲线最小曲率半径处的逼近误差最大max确定弦长,保证max允。
允,31,c)等误差法每个直线段的逼近误差相等求取方法:
以曲线起点为圆心,以允许误差允为半径作圆,求取该圆与曲线的公切线,过圆心作公切线的平行线交曲线于b点,则b点即为所求节点。
32,各直线逼近方法比较,33,双圆弧段逼近:
直线段、内切双圆弧、外切双圆弧方法:
在轮廓曲线上按一定方法连续取4个节点,根据该4节点分布确定中间2节点之间用什么曲线逼近。
直线元素内切双圆弧外切双圆弧P1,p2,p3,p4P1,p4在p2p3P1,p4在p2p3接近一直线连线同侧连线两侧,34,a)直线元素若4节点分布接近一直线,即:
|sin(-)|0.00085|sin(-)|0.00085则P2、P3可用直线逼近。
35,b)内切圆弧P1和P4在P2、P3连线的同侧,作图方法:
过P2作P1P2P3角平分线P2l2,过P2作P2l2垂线P2M;过P3作P2P3P4角平分线P3l3,过P3作P3l3垂线P3M;过P2、P3作P3P2M、P2P3M角平分线P2N、P3N交于N点;过N点作P2P3垂线PN,与P2l2、P3l3相交于O2、O3;以O2、O3为圆心,以P2O2、P3O3为半径作圆弧C1、C2,即为所求的内切圆弧。
36,c)外切圆弧点P1和P4在P2、P3点连线的两侧,作图方法:
过P2点作P1P2P3的角平分线P2L2;过P3点作P2P3P4的角平分线P3L3;求解圆心O2与O3,条件O2、O3分别在P2L2、P3L3上O2O3=O2P2+O3P3,相切于P点。
37,2、球头铣刀行距和步长的确定,平面加工,H(残留高度)Ra(粗糙度),38,曲面加工,R-曲面曲率半径;r刀-刀头半径;H-残留高度。
39,3、曲面加工中的刀位计算,参数曲面,参数域,截面线:
参数曲面P(u,v)的任意平面截面线为平面曲线。
等参数曲线:
固定某参数不变所得到的曲线,如P(u,v0)、P(u0,v)。
40,等参数曲线法:
刀具沿u向或v向等参数线切削加工方法,特点处理速度快。
曲面加工方法,41,任意切片法:
刀具沿一组平行平面截交线切削加工方法,特点处理计算耗时长。
42,等高线法:
刀具由高到低沿一组水平平面截交线切削加工方法,特点耗时最长。
43,4、平面型腔零件加工刀位点的计算,行切走刀路线a)往返走刀b)单向走刀,平面型腔简图,型腔加工方法:
有行切法和环切法行切法:
刀具按平行于某坐标轴方向或一组平行线方向走刀。
刀位计算简单,遇到岛屿抬刀越过岛屿,或沿岛屿边界绕过去。
往返走刀:
空行程少,加工效率高,交替出现顺逆铣,影响加工质量。
单向走刀:
可保持刀具相同切削状态,但空行程较多,加工效率低。
44,刀位计算步骤:
型腔轮廓边界定义,外环顺时针走向,内环逆时针走向;确定走刀偏置量;计算内外偏置环;干涉检查,去除无效环,形成新内外边界环;重复循环,新环不断生成、分裂、退化直至消失。
环切法:
是环绕型腔边界进行切削加工方法。
45,a)外轮廓偏置环自相交判别自相交后每个新生封闭环,保留顺时针走向封闭环,去除逆时针封闭环。
b)外偏置环与内偏置环互交将收缩偏置环与扩张偏置环合成一个新边界环,扩张环的岛屿将自然消失。
c)多个内偏置环互交将相交的多个内轮廓偏置环合成为一个新的内轮廓封闭环,所包含的岛屿合并为一个大岛屿。
偏置环干涉处理方法,46,外偏置环自交:
岛屿偏置环自交:
保留顺时针走向环去除逆时针走向环,47,5、刀具干涉检验,数控加工两带直角平面的过切现象。
加工水平面时,应将垂直面作为检查面;加工垂直面时,应将水平面作为检查面。
否则将可能造成过切现象。
48,刀具运动方向的干涉检查,在刀具运动方向上,系统比较曲率半径和刀具半径大小,若后者大,则修改刀具轨迹可避免过切。
该方法不检查非运动方向上的干涉。
49,全方位干涉检查将零件表面离散成一个个小曲面片(Patch),验算刀具中心到小曲面片距离,进行干涉检查。
曲面曲率变化大测点多,曲面平坦,检测点少,50,8.4CAD/CAM系统数控编程作业过程,1、数控加工工艺方案设计2、数控加工刀具轨迹的生成3、刀具轨迹的编辑修改4、后置处理5、加工仿真6、数控程序的传输,51,1、数控加工工艺方案设计,1)毛坯的设计可定义最小包容矩形块;加工型面等距面;调用已有三维几何实体。
矩形方块毛坯,包括:
毛坯设计、刀具选用、走刀路线、初始点、起刀点以及安
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- 机械 CADCAM 技术 第八 计算机辅助 数控 加工 编程