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數(shù)控機(jī)床編程關(guān)鍵技術(shù)及加工方法分析--數(shù)控機(jī)床編程關(guān)鍵技術(shù)
日期：2009年10月13 來源：本站原創(chuàng) 關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
(1)數(shù)控機(jī)床復(fù)雜形狀零件的幾何建模
這里主要指的是曲線曲面生成和編輯裁剪、拼接、過渡、偏置。曲面造型是用曲面表達(dá)物體形狀的造型方法。與線框造型相比，曲面造型增加了有關(guān)邊信息、表面特征以及棱邊的連接方向等內(nèi)容。與實(shí)體造型相比，曲面造型具有控制更加靈活的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上流行的UGH、Pro／ENGINEER、Cimatron、MasterCAM等軟件都具有這方面的功能，它們各有特色，各有側(cè)重點(diǎn)，但都可以保存為(．IGES)通用格式，實(shí)現(xiàn)各軟件造型功能的互補(bǔ)。
(2)數(shù)控機(jī)床加工方案與加工參數(shù)的合理選擇
根據(jù)建立的被加工零件的幾何模型確定數(shù)控加工中的加工工藝路線及加工的參數(shù)。其中，刀具、刀軸控制方式，走刀路線和進(jìn)給速度的自動(dòng)優(yōu)化選擇與自適應(yīng)控制，都是近年研究的重點(diǎn)問題，其目標(biāo)在于滿足加工要求、機(jī)床正常運(yùn)行和刀具——定壽命的前提下達(dá)到盡可能高的加工效率。
(3)數(shù)控機(jī)床刀具軌跡生成
能否生成刀具軌跡直接決定加工的可能性、質(zhì)量與效串。刀具軌跡生成的首要任務(wù)目標(biāo)，是使所生成的刀具軌跡能滿足無干涉、無碰撞、軌跡光滑、切削負(fù)荷、代碼質(zhì)量高。同時(shí)，刀具軌跡生成還應(yīng)滿足通用性好、穩(wěn)定性好、編程效率高、代碼量小等條件。數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。
CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點(diǎn)、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工、輪廓加工、干面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體的加工。實(shí)體加工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體(一般為CSG和B-Reps混合表示的)，它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算(并、交、差運(yùn)算)而得。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，還可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)，是特征加工的基礎(chǔ)。實(shí)體加工一般有實(shí)體輪廓加工和實(shí)體區(qū)域加工兩種。實(shí)體加工的實(shí)現(xiàn)方法為層切法(SLICE)，即用一組水平面去切被加工實(shí)體，然后對(duì)所得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡。
參數(shù)化特征造型已發(fā)展了較長(zhǎng)時(shí)間，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不再對(duì)那些低層次的幾何信息(如點(diǎn)、線、面、實(shí)體)進(jìn)行操作，面轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣的特征進(jìn)行數(shù)控編程，大大提高了編程效率。特征加工的基礎(chǔ)是實(shí)體加工，當(dāng)然也可認(rèn)為是更高級(jí)的實(shí)體加工。但特征加工不同于實(shí)體加工，實(shí)體加工有它自身的局限性。特征加工與實(shí)體加工主要有以下幾點(diǎn)不同：
(1)數(shù)控機(jī)床從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣，為工程技術(shù)人員所熱知。
(2)數(shù)控機(jī)床實(shí)體是低層的幾何對(duì)象，是經(jīng)過一系列布爾運(yùn)算而得到的一個(gè)幾何體，不帶有任何功能語義信息。
(3)數(shù)控機(jī)床實(shí)體加工常常是對(duì)整個(gè)零件(實(shí)體)的一次性加工，但實(shí)際上一個(gè)零件不太可能僅用一把刀一次加工完，常常要經(jīng)過粗加工、半精加工。精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進(jìn)行加工。
(4)有時(shí)一個(gè)零件既要用到車削，也要用到銑削。因此，實(shí)體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問題。
(5)特征加工具有更多的智能。對(duì)于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法，特別是那些己在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法，那么對(duì)那些由標(biāo)準(zhǔn)特征構(gòu)成的零件的加工．其方便性就可想而知了。
(6)倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實(shí)體加工是無法實(shí)現(xiàn)的．
(7)特征加工有利于實(shí)現(xiàn)從CAD、CAPP、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成，為實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)奠定良好的基礎(chǔ)；而實(shí)體加工對(duì)這些是無能為力的。下面就幾個(gè)主要CAD／CAM系統(tǒng)的NC刀具軌跡生成方法分析如下：
CAD／CAM技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，先后走過大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微機(jī)時(shí)代，每個(gè)時(shí)代都有當(dāng)時(shí)流行的CAD／CAM軟件。現(xiàn)在，工作站和微機(jī)平臺(tái)CAD／CAM軟件已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位并且出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀、比較流行的商品化軟件。
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD／CAM系統(tǒng)集成；一體化的CAD／CAM系統(tǒng)(如UGH、Pro／ENGINEER等)和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)(如Cimatron、Mastea<2AM等)。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型；而后者主要通過中性文件從其CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由5個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD／CAM系統(tǒng)的NC加工方法進(jìn)行討論。
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