自動編程中工藝因素對零件加工造型的影響

1、自動編程中工藝因素對零件加工造型的影響姜海王勇（合肥學院機械系，安傲合肥230022）摘 要：自動編程中零件加工造型的目的,是為了給刀具軌跡提供幾何依據(jù)；因此零件加工造型具有不同于 零件設計造型的特點和要求，必須考慮有關(guān)工藝因素的影響皇找轟職存白動編理巾合理選擇與 加工工藝相適應的造型方法，有利于高效、準確地生成符合：注行效果。十關(guān)鍵詞：自動編程 工藝因素 加工造型 設計造型the influence of technical factors on part machining mongjiang hai, wang yong（department of mechanical engineer

2、ing, hefei university, hefei 230022, chn）abstract: the purposes of part machining modeling in automatic programming is to provide the geometry basis for toolpath generation. therefore, the part machining models have specific requirements and feature, which are different from the part design models,

3、and many technical factors concerned with machining need to be considered. practice shows that choosing the appropriate modeling methods in automatic programming is helpful to generate the required toolpath efficiently and accurately so as to obtain the fine operating effect.keywords: automatic prog

4、ramming; technical factor; machining model; design model應用cad/cam 一體化軟件，通過計算機自動編 程的方法實現(xiàn)數(shù)控加工程序的編制。與計算機輔助設 計不同，在自動編程中,首先由cad開始的零件加工 造型，是為了給刀具軌跡提供幾何依據(jù)，從而生成相應 的數(shù)控加工程序,以加工出零件的若干表面;加工造型 雖然以零件設計造型為基礎，但必須考慮到有關(guān)工藝 因索的影響，如加工方法、零件加工形狀、走刀線路、進 退刀路徑、刀具、夾具、機床等悄況。認識到零件加工 造型中由于工藝原因而具有的不同于設計造型的特點 和要求，有利于更好地實現(xiàn)自動編程中的各項任

5、務。1自動編程中線架造型的應用目前在國內(nèi)外常用的cad/cam軟件中，零件造 型方法可分為線架造型、曲面造型及實體造型。線架 模型由點、貞線、曲線等組成，用以描述幾何對象的輪 廓及斷面特征;但它不具有面和體的特征，不能完整表 達物體幾何形狀，也不能進行消影、渲染等操作，因此 在機械cad中很少被直接采用。而在自動編程中，由 于零件加工造型著重是要表達出零件上與加工有關(guān)的 幾何要素,從而為最終產(chǎn)生刀具軌跡提供幾何依據(jù);故 如果所選擇的加工方法中要規(guī)劃的刀具路徑只與零件 的特征輪廓線有關(guān)，就可以使用線架造型方法，此時就 不需要完整地構(gòu)建零件的整個輪廓形狀。 79 例如,用兩軸半數(shù)控銃削或平頭立銃刀

6、加工平面 輪廓零件時，由于刀具每次沿z軸下刀至不同深度 后，即在xy平面運動其刀具加工軌跡主要是二維 的;因此在自動編程中進行加工造型時，不論該類零件 輪廓線形多么復雜,是否帶有臺階，都沒有必要繪出完 整的零件三維實體或曲面形狀；而只要繪出與加工軌 跡有關(guān)的平面二維輪廓線，然后選擇合適的二維銃削 加工方法，給定對應的銃削深度等參數(shù),即可生成相應 的走刀軌跡采用上述同樣的機床和刀具，也可加 工有一定傾斜角度（拔模斜度）的零件外表側(cè)面;此時 在零件加工造型時只要畫出零件的上表面（或下底 面）輪廓線；在規(guī)劃刀具路徑時，可選用二維銃削方 法，給定加工時的傾斜角度（拔模斜度），并在z軸方 向每層進刀量取

7、較小值，即可得到較好的加工效 果如圖la所示,采用平頭立銃刀在不同高度多次沿 空間心形曲線運動，可加工出三維曲線溝槽'若由 cad繪制該零件的實際溝槽形狀，冇一定難度;但在 自動編程中進行加匸造型時，則不必要繪出實際溝槽 形狀,而只要繪出與刀具加工軌跡有關(guān)的條空間心 形曲線，如圖lb所爪。在規(guī)劃相應的加工方法和刀具 路徑時，應注意下刀次數(shù)、毎次下刀輦、刀具偏世等參 數(shù)的設置;刀具加工軌跡如圖lc所示。輔助幾何元索在零件的設計造型并沒有，也不需要，但 它們與加工軌跡的生成密切相關(guān)，在執(zhí)行一些特定加 工方式時需要構(gòu)建。如圖3a所示，在立方體毛坯上要加工出橢圓臺 階,若只是簡單地根據(jù)橢圓外形

8、由外而內(nèi)安排多次分 層銃削，則為切除邊角處的材料，加工軌跡應如圖3b所示,則最后產(chǎn)生的nc代碼很長,而fl有不必要的空 行程，加工護幻浪皿h血且zu創(chuàng)加工時,(b)圖1(c)先用走斜吏 留下比較均 或兩次走刀 加如圖3c f 徑的兒何依材料，以(a)(b)(d)另外，目前一些常用的cad/cam集成軟件中還 有住門的線架加i：方法，可直接選用;這樣，針對一些 特殊形狀零件曲面的加工造型，只需繪岀簡單的特定 輪廓線,選擇好相應的加工方法后,即町生成曲面的加 工軌跡。例如caxa制造工程師軟件中針對導動曲 面的導動加工方式匕；mastercam軟件中針對直紋曲 面的直紋加工方式,針對旋轉(zhuǎn)曲面的旋轉(zhuǎn)

9、加工方式,針 對舉升曲面的舉升加工方式等。由上述町見,鑒于一些零件的形狀特點和加工方 式耍求，在自動編程中采用線架造別方法，可簡化造型 過程，省去曲面、實體三維造型的時間。而另一方面, 在實際數(shù)控加工中,對于比較復雜的零件，則町能還須 混合使用曲面、實體及線架等各種造型方式來構(gòu)建和 簡化零件的加i：模型,以提髙效率。例如，要加工如圖 2a所示的零件，其加i：造型即可構(gòu)建為圖2b所示的 曲面和線架的混合模型。(a)(b)圖22零件加工造型中輔助幾何元素的應用為獲得滿意的刀具加工軌跡，在零件加工造型中, 有時需要繪制一些輔助的點、線、面等幾何元素。這些在一些cad/cam軟件所提供的很多加工方法

10、中，也可以通過添加零件設汁造型中沒有的點、線來指 明特定的起始進刀方向、下刀位置和切削方向等。例 如在masteicam軟件中，若對一般曲面進行加工時, 可選擇i條爭先繪制好的空間直線來設定進刀方向, 則刀具進刀時就將沿此直線平移到刀具路徑起始點的 位置;若采用放射狀銃削方法加t.對稱性曲面時，就要 繪出放射加工的中心點，并在規(guī)劃刀具路徑時選取，這 樣使刀具切削方向都指向該點并呈放射狀排布;若進 行鉆孔、攻絲等加工，在進行零件加工造型時,并不需 要繪出孔的形狀，但要繪出孔或螺紋中心點的位置，以 此作為刀具下刀時點位控制的依據(jù)。80另外，考慮到零件的裝夾空間、已加工表面要避免 干涉等因索，在加工

11、造型中有時也需要添加-些設計 造型中并沒有的輔助曲線或曲面作為限制線或干涉 面，從而將生成的走刀軌跡限制在一定的范圍內(nèi)。如圖4a所示，曲面a為加工面，但由于工件需要裝夾等 原因,刀具不能切削到曲面b、c所包含的區(qū)域;在零 件加工造型中，添加的輔助干涉曲面b、c就是原設計 造型中沒有的，其目的是用以保護禁止切削的區(qū)域。 圖4b為切削時的刀具軌跡。圖4由上可見，根據(jù)實際加工工藝情況在加工造'型時 靈活應用輔助幾何元素,可按編程者意圖形成特定要 求的刀具路徑，體現(xiàn)了自動編程中人工干預的效果。3 些特殊工藝要求對零件加工造型的影響在零件加工中，一些特殊的工藝要求也會對零件 的加工造型產(chǎn)生影響。

12、特別是在精加工時，為獲得較 好的加工精度和表面粗糙度，在自動編程中進行零件 加工造型時,更應考慮到走刀線路、刀具、機床及加工 方法等工藝情況。精加工如圖5所示零件的上表面,如按其設計造 型，從實體上剝離曲面進行加工規(guī)劃，刀具軌跡如圖 5a所示，則被加工后的零件上表面邊緣會留下加工軌 跡折點和進出刀的痕跡;如果考慮工藝性要求，在加工 造型時將零件待加工曲面范圍適當擴展延伸,再進行 加工規(guī)劃，則生成的刀具軌跡如圖5b所示，避免了上 述悄況，加工效果更好。（a）（b）圖5如前述圖2a所示的零件中，有一半徑為6 mm的 凹形柱面（曲面小須在立式數(shù)控銃床上用球頭銃刀精 加工出。若加工時采用相同半徑（6

13、mm）的球頭銃刀, 則最后精加工的刀具路徑僅為一條直線（直線3）。technotogy and test 工藝馬檢測 此時在零件的加工造型圖2b中，只須繪岀該直線b 作為規(guī)劃刀具軌跡的依據(jù)，完全沒有必要繪制曲面九 但若只有較小半徑（如4 mm）的球頭銃刀可用于曲面 加工,則在咨件加工造型中需要繪制岀該曲面九如圖6a所示的零件，需要加工出傾斜的平底型 腔。若數(shù)控銃床功能許可則最好的加工方法是將機 床主軸傾斜轉(zhuǎn)動相應的角度，采用平底圓柱銳刀來加 工，并在自動勺j傾斜角度。此時零所示。圖6在零件加工造型時,還應注意其坐標系的位置和 方向必須與工件在數(shù)控機床上的定位保持一致。若零 件加工造型與設計造型

14、的形狀相同，但設計造型的坐 標系位置和方向與工件在數(shù)控機床上的定位不一致, 則要將設計造型通過圖形轉(zhuǎn)換功能（平移、旋轉(zhuǎn)等）進 行處理，才能得到符合要求的加工造型。此外，若一個零件是在不同數(shù)控機床上、經(jīng)過多道 工序加工而成，則在自動編程中可根據(jù)實際情況化整 為零,劃分多個區(qū)域，分別針對某些特定的工序進行局 部區(qū)域的加工造型和刀具路徑規(guī)劃。生產(chǎn)實踐表明, 對于復雜零件的數(shù)控加工編程這是一種行之有效的方 法，此時零件加工造型也不同于設計造型。4結(jié)語本文對多種悄況下自動編程中零件加工造型的特 點和要求進行了示例和說明。由于要考慮有關(guān)工藝因 素的影響,通過加工造型構(gòu)建的幾何模型不一定要與 零件的形狀和尺

15、寸完全一致，也不一定要把零件上所 有幾何要素都完整準確地表達出來。為充分發(fā)揮數(shù)控 加工的效果,確保加工質(zhì)量，在自動編程中必須根據(jù)情 況，靈活選擇合適的造型方式、加工方法，并設置合適 的參數(shù)，才能高效、準確地生成符合要求的刀具加工軌 跡,從而收到良好的運行效果。參考文獻1茍琪.masteicam實用教程.北京:機械工業(yè)出版|±,2001.144 193 2謝小星.caxa數(shù)控加工編程通信北京:北京航空航天大學岀版81非圓工件加工中自動誤差補償技術(shù)的研究裏陳國華王先逵張建民趙彤(北京理工大學機械與車輛工程學院，北京100081；清華大學精密儀器與機械系，北京100084)摘 要:介紹了一

16、種基于非圓加工的新的誤差補償系統(tǒng),該系統(tǒng)根據(jù)不同誤碧源的特點先進行誤差分離，然 后根據(jù)分離的誤差對加工數(shù)據(jù)進行軟件自動補償。還分攵斂性和動態(tài)特性。關(guān)鍵詞:非圓誤差分離誤差補償study on automatic error compensation technologygchen guohua,wang xiankui,zhang jiai.-，o(beijing university of technology, beijing 100081, chn ；tsinghuti university, beijing 100084, chn)abstract: this paper descri

17、bes a new error compensation system for non - circular parts machining, which separates errors according to different error resources, and then compensates the separated errors by automatic software. meanwhile, the paper analyzes the astringency and dynamic characteristic of the arithmetic of the co

18、mpensation system.keywords: non - circle； error separation； error compensation工件加工中,實際尺寸和加工要求的尺寸間的誤 差可能由多種原因造成。例如在高精度非圓數(shù)控車床 上加工工件時，加丁中由于切深不同引起的切削力變 化、驅(qū)動元件的剛度不足、機床主軸本身的回轉(zhuǎn)誤差、 刀具和工件的熱變形等因索都會造成加工中的誤差。 保證加工精度、減小加工誤差，主要通過兩種途徑:一 是通過提高機床本身的機械精度，要求機床的精度遠 高于所加工工件的精度；另一個則是采用誤差補償技 術(shù)來提離加工的帝度。由于高質(zhì)蜃的活塞對粘度的要 求很高，且在加工中轉(zhuǎn)速很高，所以靠提高機床本身的 精度來減小加工誤差的難度很大，只能通過誤差補償 的方法來提高活塞加工的將度。誤差補償過程可以分 為誤差分離和反向補償兩部分,誤差分離是反向補償 的基礎，反向補償必須在分離出不同類型的誤差后才社,2002.127 -1353王客，鄭聯(lián)語.mastercam & 0基礎教程.北京：人民郵電出版社, 2001.506 -5184王睿,張小寧.maslercams. x實用培訓教程北京:清華大學出版社,2001.259-286能進行相應的補償。本文提出了一種集誤差分離和反 向補償為一體的自動誤差補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)將檢測到 的數(shù)據(jù)首先