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西北工业大学机电学院第五章图像数控编程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室2图像数控编程5.1图像编程简介5.2二坐标平面轮廓数控加工图像编程5.3多坐标图像数控编程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室35.1、图像编程简介现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4一.图像编程的概念图像编程即根据计算机图形显示器上显示的零件三维模型，在CAD/CAM软件系统支持下自动生成零件数控加工程序的编程过程。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室5零件图纸CAD系统造型工艺处理:CAPP、工艺人员规划刀位验证CAM系统刀位轨迹计算后置处理加工程序设计实体模型二.图像编程的过程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室61）用户不需要编写任何源程序，省去了调试源程序的繁琐工作;2）编程过程直观、形象；4）实现了设计制造(CAD/CAM)的一体化。3）编程效率、可靠性高;三.图像编程的优点现代设计与集成制造技术教育部重点实验室7刀位轨迹为什么设置这些段落?四.图像编程刀位轨迹的构成现代设计与集成制造技术教育部重点实验室8CAD/CAM系统提供了刀具库功能，编程者可从库中选出所需刀具，也可按照所需参数和尺寸定义新的刀具。1)刀具参数的定义:五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室9给定刀轴的矢量方向：2)刀轴方向（TOOLAXIS）的确定五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室10根据加工工艺来设定加工余量---粗、精加工３)加工余量(PartStock)的设定４)加工容差(INTOL,OUTOL)的设定根据零件要求的精度来设定(选取原则)五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室11行距的设定有多种方法：５)行距（STEPOVER）的设定给－固定值(constant)；给定残留高度(scallop)；按刀具直径的百分比(percent)６)转速(SPEEDS)及进给速度(FEEDS)的设定五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室12从工艺角度给出了多种方式：７)进退刀方式的设定（１）沿刀轴方向进退刀；（２）按给定矢量方向进退刀；（３）按圆弧切线方向进退刀；（４）按切线方向进退刀等８)走刀方式的规划“Ｚ”形；单向；螺旋等五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室13走刀方式现代设计与集成制造技术教育部重点实验室14走刀方式现代设计与集成制造技术教育部重点实验室15从工艺角度给出了多种方式：７)进退刀方式的设定（１）沿刀轴方向进退刀；（２）按给定矢量方向进退刀；（３）按圆弧切线方向进退刀；９)安全面的设定（４）按切线方向进退刀等１０)加工坐标系的设定８)走刀方式的规划“Ｚ”形；单向；螺旋等五.图像编程需设置或定义的参数现代设计与集成制造技术教育部重点实验室165.2、二坐标平面轮廓数控加工图像编程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室17二维轮廓通常是指垂直于刀轴平面上的二维曲线轮廓，它一般由直线、圆弧、样条曲线所构成。什么是二维轮廓？现代设计与集成制造技术教育部重点实验室181).轮廓加工（profile）分为内轮廓（internalprofile）和外轮廓（externalprofile），其刀具中心轨迹为轮廓线的等距线，如图5-1所示：a外轮廓加工b内轮廓加工一.二坐标数控加工对象分类图5-1轮廓及其数控加工刀具中心轨迹内形轮廓现代设计与集成制造技术教育部重点实验室19计算其外轮廓线的等距线（直线、圆弧举例），就存在外尖点过渡的选取方式，通常有两种方式(图5-2)：a尖角过渡b圆角过渡图5-2外尖角过渡方式1.尖角过渡2.圆角过渡一.二坐标数控加工对象分类现代设计与集成制造技术教育部重点实验室202)二维型腔（2Dpocket）二维型腔分为简单型腔和带岛型腔，其数控加工方式分为环切法和行切法两种切削加工方式，如图5-3所示：一.二坐标数控加工对象分类现代设计与集成制造技术教育部重点实验室21起始点型腔路径起始点图5-3二维型腔数控加工刀具轨迹2)二维型腔（2Dpocket）a）行切加工刀具轨迹d)带岛型腔环切加工刀具轨迹b）环切加工刀具轨迹c)带岛型腔行切加工刀具轨迹一.二坐标数控加工对象分类现代设计与集成制造技术教育部重点实验室223)二维字符平面上的刻字加工也是一类典型的二坐标加工，按设计要求输入字符后，采用雕刻加工所设计的字符，其刀具轨迹一般就是字符轮廓轨迹，字符的线条宽度一般由雕刻刀具直径来保证，如图5-４所示：图5-4字符及其数控雕刻加工刀具轨迹a字符b刀具轨迹一.二坐标数控加工对象分类现代设计与集成制造技术教育部重点实验室23刀具半径补偿为将刀具中心轨迹向待加工零件轮廓指定的一侧偏移一个刀具半径值。利用刀补方法编程加工，操作灵活，可避免刀具本身尺寸误差及磨损带来的误差。R刀=d偏R刀〉d偏R刀〈d偏二.二坐标数控加工刀具半径补偿现代设计与集成制造技术教育部重点实验室241)进退刀方式(1)加工外轮廓如有直线段或圆弧段时，可由直线段的延长线切入或圆弧段的最外高点做引线由空处切入，并由空处退刀，如下图所示：二.编程中应特别注意的问题现代设计与集成制造技术教育部重点实验室25一定要圆弧进退刀（其辅助圆弧半径一定要大于所给刀补半径值）或最高点切线空处进退刀，否则易造成零件啃切，还要注意内轮廓加工的下刀问题。如图5-7所示：图5-7二维内轮廓进退刀方式内轮廓圆弧进退刀内轮廓圆弧最外点切线进退刀(2)加工内轮廓1)进退刀方式三.编程中应特别注意的问题现代设计与集成制造技术教育部重点实验室26图5-8a二维轮廓的多刀加工2)走刀路线如图5-8a所示：加工外轮廓时，一般要分粗精加工，即多刀加工。如图5-8b所示：还要注意加工时分层，防止让刀，使加工轮廓形成锥度。图5-8b二维轮廓的让刀现象（虚线为实际刀具位置）(1)加工外轮廓三.编程中应特别注意的问题现代设计与集成制造技术教育部重点实验室27(2)带岛屿内轮廓注意：拐角处的进给速度；中间抬刀啃伤零件退刀安全面进刀2)走刀路线三.编程中应特别注意的问题现代设计与集成制造技术教育部重点实验室28无论内、外轮廓，当要求的转角半径较小时，通常是用大的刀具将大部分余量去掉；再换小刀具将所需转角加工到位，如图5-10所示：大刀加工时留的余量小刀再单独加工拐角处图5-10二维轮廓转角处加工方式三.编程中应特别注意的问题现代设计与集成制造技术教育部重点实验室295.3、多坐标图像数控编程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室30对二维轮廓而言，其刀位轨迹计算、编程较为简单，而多坐标数控加工数控编程要复杂的多。一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室31(1)多坐标点位加工；一般来说，多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。根据零件的形状和加工特征分类，可以归纳为如下几种加工对象：1)多坐标数控加工的加工对象一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室32多坐标点位加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室33(1)多坐标点位加工；(2)空间曲线加工；一般来说，多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。根据零件的形状和加工特征分类，可以归纳为如下几种加工对象：1)多坐标数控加工的加工对象一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室34空间曲线加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室35(1)多坐标点位加工；(2)空间曲线加工；(3)曲面区域加工；一般来说，多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。根据零件的形状和加工特征分类，可以归纳为如下几种加工对象：1)多坐标数控加工的加工对象一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室36曲面区域加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室37(1)多坐标点位加工；(2)空间曲线加工；(3)曲面区域加工；(4)组合曲面加工；一般来说，多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。根据零件的形状和加工特征分类，可以归纳为如下几种加工对象：1)多坐标数控加工的加工对象一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室38组合曲面加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室39(1)多坐标点位加工；(2)空间曲线加工；(3)曲面区域加工；(4)组合曲面加工；(5)曲面交线区域加工.一般来说，多坐标数控加工可以解决任何复杂曲面零件的加工问题。根据零件的形状和加工特征分类，可以归纳为如下几种加工对象：1)多坐标数控加工的加工对象一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室40曲面交线区域加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室412)与刀具轨迹有关的几个基本概念(1)切触点（cuttingcontactpoint）切触点指刀具在加工过程中与被加工零件曲面的理论接触点。一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室42a球头刀b环形刀c平底端刀d鼓形刀一.概述2)与刀具轨迹有关的几个基本概念(1)切触点（cuttingcontactpoint）现代设计与集成制造技术教育部重点实验室43(2)切触点曲线（cuttingcontactcurve）切触点曲线指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。一.概述2)与刀具轨迹有关的几个基本概念现代设计与集成制造技术教育部重点实验室44(3)刀位点数据(cutterlocationdata，简称CLData)切触点刀轴矢量曲面法向矢量刀心刀尖切触点刀尖刀心刀轴矢量曲面法向矢量一.概述2)与刀具轨迹有关的几个基本概念刀位点数据是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的数据，一般用刀具中心点和刀轴矢量来进行描述,其刀具中心点可以是刀尖点，也可是刀心点。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室45(4)刀位轨迹（刀具轨迹）a)加工曲面及其刀位轨迹刀位轨迹是指在加工过程中由刀位点构成的曲线。2)与刀具轨迹有关的几个基本概念一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室46概念：利用仿真软件在计算机上模拟实际加工过程，以验证刀位轨迹是否正确。用途：可验证加工程序是否正确，对发现的问题可及时修改；避免或减少试件加工，以确保加工质量和降低生产成本。b)加工刀轨计算机仿真结果2)与刀具轨迹有关的几个基本概念(5)加工仿真一.概述现代设计与集成制造技术教育部重点实验室47参数线法截平面法投影法二.常用的刀具轨迹生成方法现代设计与集成制造技术教育部重点实验室481）参数线法加工iso-parametricmethod参数线加工方法是多坐标数控加工中生成刀具轨迹的一个重要方法，其切削行沿u线或v线计算，即切触曲线即为曲面的u线或v线。该方法适用于网格比较规整的参数曲面的加工。二.常用的刀具轨迹生成方法现代设计与集成制造技术教育部重点实验室49图5-14a)所示加工的区域正好为零件实际范围.图5-14a)参数U:0~1V:0~1的刀位轨迹图5-14c)所示加工的区域比零件实际范围大.图5-14b)所示加工的区域比零件实际范围小.图5-14b)参数0U10V1的刀位轨迹图5-14c)参数U1V1的刀位轨迹通过调整U、V参数大小，可控制加工区域范围：二.常用的刀具轨迹生成方法现代设计与集成制造技术教育部重点实验室502）截平面法iso-planarmehtod截平面法是指用一组截平面去截取加工表面，截出一系列交线，刀具与加工表面的切触点就沿这些交线运动，完成曲面加工。图5-16a)截平面与X轴正方向垂直图5-16b)截平面与X轴平行图5-16c)截平面与X轴夹角90º二.常用的刀具轨迹生成方法现代设计与集成制造技术教育部重点实验室513）投影法projectionmethod投影法加工的基本思想是使刀具沿一组事先定义好的导动曲线（或轨迹）运动，同时跟踪待加工表面的形状。由以上投影法的基本思想可知：投影法刀位轨迹的确定不仅与导动曲线有关，而且与投影方向有关，投影方向不同，得到的刀位也不同。二.常用的刀具轨迹生成方法现代设计与集成制造技术教育部重点实验室52投影