cadcam作图与加工PPT课件

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1、1 第一章第一章 绪绪 论论 2内容提要内容提要 CAD/CAM的基本概念的基本概念 CAD技术发展概览技术发展概览 国内国内CAD市场状况及市场状况及CAD/CAM主流软件产品主流软件产品 CAD技术发展的趋势技术发展的趋势3一、一、CAD/CAMCAD/CAM的基本概念的基本概念4 CAD CADCAD是一种利用计算机系统辅助人们对产是一种利用计算机系统辅助人们对产品进行设计、分析、绘图及技术文档的编品进行设计、分析、绘图及技术文档的编辑等设计活动的总称。辑等设计活动的总称。它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。应用的新技术。产品设计

2、过程是指从设计的需求分析开始到设产品设计过程是指从设计的需求分析开始到设计完成产品的材料信息、结构形状和技术要求计完成产品的材料信息、结构形状和技术要求等，并最终以图形信息的形式表达出来的过程。等，并最终以图形信息的形式表达出来的过程。5 CAM狭义：狭义：CAM是制造人员利用计算机系统是制造人员利用计算机系统编制数控程序。编制数控程序。广义：广义：CAM是制造人员利用计算机系统是制造人员利用计算机系统辅助制造的全过程。辅助制造的全过程。6CAMCAM系统功能模型系统功能模型工艺路线文件工艺路线文件工序内容文件工序内容文件零件信息零件信息加工设备加工设备数据库数据库CAM软件软件CAMNC加工

3、程序加工程序NC检测程序检测程序7例如：例如：CADAM 由美国洛克希德由美国洛克希德(Lockheed)公司支持公司支持 CALMA 由美国通用电气由美国通用电气(GE)公司开发公司开发 CV 由美国波音由美国波音(Boeing)公司支持公司支持 I-DEAS 由美国国家航空及宇航局由美国国家航空及宇航局(NASA)支持支持 UG 由美国麦道由美国麦道(MD)公司开发公司开发 CATIA 由法国达索由法国达索(Dassault)公司开发公司开发 CADCAM软件系统软件系统8Pro/Engineer Pro/Engineer系统是美国参数技术公司系统是美国参数技术公司(Parametric

4、Technology Corporation 简简 称称PTC)的产品，该软件以的产品，该软件以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎。受用户的欢迎。Pro/Engineer整个系统建立在统一的数据库上，具有整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一起。一起。9 I-DEAS I-DEAS 是美国是美国SDRC(Structural Dynamics Research Corporation)公司自公司自1993年推出的新年推出的新一代机械设计

5、自动化软件，也是该公司在一代机械设计自动化软件，也是该公司在CAD/CAE/CAM领域的旗舰产品，并以其高度领域的旗舰产品，并以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。I-DEAS Master Series 最大的突破在于最大的突破在于VGX技技术以及超术以及超VGX技术，极大地改进了交互操作的技术，极大地改进了交互操作的直观性和可靠性。直观性和可靠性。10CATIA CATIA系统是法国达索系统是法国达索(Dassault)飞机公司飞机公司Dassault Systems工程部开发的产品。该系统是工程部开发的产品。该系统是在在CADAM系统系统

6、(原由美国洛克希德公司开发，原由美国洛克希德公司开发，后并入美国后并入美国IBM公司公司)基础上扩充开发的，在基础上扩充开发的，在CAD方面购买原方面购买原CADAM系统的源程序，在加系统的源程序，在加工方面则购买了有名的工方面则购买了有名的APT系统的源程序。系统的源程序。CATIA系统如今已经发展为集成化的系统如今已经发展为集成化的CAD/CAE/CAM系统，它具有统一的用户界面、系统，它具有统一的用户界面、数数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，具据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，具有很强的曲面造型功能。有很强的曲面造型功能。11Unigraphics(UG)UG起源于美国麦道起源

7、于美国麦道(MD)公司的产品，公司的产品，1991年年11月并入美国通用汽车公司月并入美国通用汽车公司EDS分部。分部。UG是一个集是一个集CAD、CAE和和CAM于一体的机械于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。该软件具有很强的数控加工能力，可以进行该软件具有很强的数控加工能力，可以进行2轴轴2.5轴、轴、3轴轴5轴联动的复杂曲面加工和镗轴联动的复杂曲面加工和镗铣。铣。UG还提供了二次开发工具还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK，允许用户扩展，允许

8、用户扩展UG的功能。的功能。12SolidWorks SolidWorks是一套基于是一套基于Windows的的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，是由美国桌面集成系统，是由美国SolidWorks公公司于司于1995年年11月研制开发的，其价格仅为工作站月研制开发的，其价格仅为工作站CAD系统的四分之一。系统的四分之一。该软件采用自顶向下的设计方法，可动态模拟装配该软件采用自顶向下的设计方法，可动态模拟装配过程，它采用基于特征的实体建模，自称过程，它采用基于特征的实体建模，自称100%的的参数化设计和参数化设计和100%的可修改性，同时具有中英文的可修改性，同时具有中英文两种界面可供

9、选择其先进的特征树结构使操作更两种界面可供选择其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。加简便和直观。13CAXA CAXA(Computer Aided X Advanced，X 意意 味味 着着 扩扩 充充)是是 北北 京京 华华 正正 模模 具具 研研 究究 所所(北北 京京 航航 空空 航航 天天 大大 学学721 研研 究究 所所)面面 向向 我我 国国 工工 业业 界界 推推 出出 的的 包包 括括 数数 控控 加加 工、工、工工 程程 绘绘 图、图、注注 塑塑 模模 具具 设设 计、计、注注 塑塑 工工 艺艺 分分 析析 及及 数数 控控 机机 床床 通通 讯讯 等等 一一 系系

10、列列CAD/CAM/CAE 软软 件件 的的 品品 牌牌 名名 称。称。CAXA-EB(Electronic Board 电电 子子 图图 板板)已已 经经 通通 过过 我我 国国 机机 械械CAD 软软 件件 标标 准准 化化 审审 查。查。CAXA 电电 子子 图图 板板 是是 一一 个个 高高 效、效、方方 便、便、智智 能能 化化 的的 通通 用用 中中 文文 设设 计计 二二 维维 绘绘 图图 软软 件，件，可可 帮帮 助助 设设 计计 人人 员员 进进 行行 零零 件件 图、图、装装 配配 图、图、工工 艺艺 图图 表表 及及 平平 面面 包包 装装 等等 设设 计。计。CAXA

11、电电 子子 图图 板板 还还 提提 供供 局局 部部 参参 数数 化化 设设 计计 和和 一一 个个 全全 开开 放放 的的 二二 维维 开开 发发 平平 台。台。14CADCAD技术发展的趋势技术发展的趋势 CADCAD技术作为成熟的普及技术已在企业技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，络计算环境的普及，CADCAD技术的发展趋势技术的发展趋势主要围绕在主要围绕在标准化、开放性、集成化、标准化、开放性、集成化、智能化智能化四方面。四方面。15 第二

12、章第二章 图图 形形 技技 术术 16比例变换比例变换XY等比变换等比变换17错切变换错切变换18图形绕坐标原点旋转，逆时针为正。图形绕坐标原点旋转，逆时针为正。cossinsincostT旋转变换旋转变换19显示系统是由显示器（显示系统是由显示器（Monitor）和显示控制适配器）和显示控制适配器（Adapter,又称显示卡或图形卡）两部分组成。显示器的又称显示卡或图形卡）两部分组成。显示器的作用是将电信号转换为可以直接观察到的字符、图形或图作用是将电信号转换为可以直接观察到的字符、图形或图像，是像，是CAD中最为重要的人机交互设备。中最为重要的人机交互设备。CRT工作原理工作原理目前主要采

13、用阴极射线管目前主要采用阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）技术）技术和液晶显示和液晶显示LCD(Liquid Crystal Display)等技术设计的液等技术设计的液晶显示器已获得广泛应用。晶显示器已获得广泛应用。计算机显示系统计算机显示系统20 CRT显示器nLCD显示器211.单色单色CRT它利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕表面的不它利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕表面的不同部位，以产生可见的图形。同部位，以产生可见的图形。主要组成部分：电子枪、聚焦系统、偏转系统和荧光屏。主要组成部分：电子枪、聚焦系统、偏转系统和荧光屏。CRT显示器简易结构图显示器简

14、易结构图22 CRT屏幕内部涂有很多组呈三角形的荧光粉，每一组有三屏幕内部涂有很多组呈三角形的荧光粉，每一组有三个荧光点，当某组荧光粉被激励时，分别发出红、绿、蓝三个荧光点，当某组荧光粉被激励时，分别发出红、绿、蓝三个基色。个基色。荫罩式彩色荫罩式彩色CRT显色原理示意图显色原理示意图23 液晶显示器液晶显示器 液晶液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。“液晶”包含两种含义，一是指处于固体相与液体相中间状态的液晶相，二是指具有上述液晶相的物质。24(a)层列液晶(b)向列液晶(c)胆甾相液晶25262.光栅扫描显示器光栅扫描显示器光栅扫描显示

15、器的工作原理是：光栅扫描显示器的工作原理是：1.屏幕网格化屏幕网格化 2.图形光图形光栅化。它用帧缓存（栅化。它用帧缓存（frame buffer）存储每个像素点的光亮存储每个像素点的光亮度值。度值。3.光栅化的像素值由偏转及颜色系统，在光栅化的像素值由偏转及颜色系统，在CRT屏幕屏幕显示。显示。屏屏幕幕mn个像素个像素 27yx0101像素坐标像素坐标(0,0)扫描线扫描线y=0用像素中心表示像素用像素中心表示像素像素、像素坐标、扫描线、屏幕坐标像素、像素坐标、扫描线、屏幕坐标yx0101屏幕坐标屏幕坐标(0,0)扫描线扫描线y=0用像素网格的左下角表示像素用像素网格的左下角表示像素28点的

16、扫描转换点的扫描转换设设(x,y)是图像区域中的一点，其中是图像区域中的一点，其中x,y均为实数。我均为实数。我们需要将它转换为图像空间中的一个像素们需要将它转换为图像空间中的一个像素(x,y)。方法方法1：取：取x和和y分别为分别为x和和y的整数部分。的整数部分。29扫描转换扫描转换扫描转换的必要性扫描转换的必要性计算机图形学中所研究的图形是从客观世界物体中抽象出来计算机图形学中所研究的图形是从客观世界物体中抽象出来的带灰度（或彩色）及形状的图或形。计算机中表示一个图的带灰度（或彩色）及形状的图或形。计算机中表示一个图形常用的方法有两种：形常用的方法有两种：（1）点阵法：是用具有灰度或色彩的

17、点阵表示图形的一种）点阵法：是用具有灰度或色彩的点阵表示图形的一种方法，它强调由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。方法，它强调由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。（2）参数法：）参数法：是以计算机中所记录的形状参数与属性参数是以计算机中所记录的形状参数与属性参数表示图形的一种方法。形状参数可以是描述其形状的方程的表示图形的一种方法。形状参数可以是描述其形状的方程的系数、线段的起点和终点等；属性参数则包括灰度、色彩、系数、线段的起点和终点等；属性参数则包括灰度、色彩、线型等非几何属性。线型等非几何属性。通常将参数法描述的图形称为通常将参数法描述的图形称为参数图形参数图形，也称矢量图形。而，也称矢

18、量图形。而把点阵法描述的图形叫做像素图形，简称把点阵法描述的图形叫做像素图形，简称图像图像。30光栅图形的表示方法是点阵式，它的主要特点是面着色，光栅图形的表示方法是点阵式，它的主要特点是面着色，即在指定的平面区域着上所需要的颜色。与单纯由线条所即在指定的平面区域着上所需要的颜色。与单纯由线条所构成的线划图形相比，采用面着色绘制的光栅图形显得更构成的线划图形相比，采用面着色绘制的光栅图形显得更为生动、直观，真实感更强。为生动、直观，真实感更强。一般地，复杂的图形是由基本的图形元素如点、线、圆及多一般地，复杂的图形是由基本的图形元素如点、线、圆及多边形构成的。这些图形元素通常是在连续的空间定义，

19、而不边形构成的。这些图形元素通常是在连续的空间定义，而不是由离散图像空间中的像素定义。是由离散图像空间中的像素定义。图形系统的任务之一就是将在连续空间中定义的几何元图形系统的任务之一就是将在连续空间中定义的几何元素转化为图像空间中的像素表示。这一转化任务称为扫素转化为图像空间中的像素表示。这一转化任务称为扫描转换或光栅化。描转换或光栅化。矢量图形矢量图形光栅图形光栅图形扫描转换扫描转换31直线段的扫描转换直线段的扫描转换 典型地，图形学中的一条线指一条线段，它由两个端典型地，图形学中的一条线指一条线段，它由两个端点及直线方程定义。点及直线方程定义。OP1(x1,y1)P2(x2,y2)y=mx

20、+bxy321.直接应用直线方程直接应用直线方程 首先，将首先，将P1,P2扫描转换为像素坐标扫描转换为像素坐标（x1,y1）和）和(x2,y2)。其次，设其次，设m=(y2-y1)/(x2-x1),b=y1-mx1。若若|m|1,则对介于则对介于y1和和y2之间的每之间的每个整数值个整数值y，用直线方程计算出，用直线方程计算出x值并扫描值并扫描转换转换(x,y)。缺点：因缺点：因m,b都是浮点数，因此这种方法都是浮点数，因此这种方法的每步都要进行浮点数乘法与加法计算。的每步都要进行浮点数乘法与加法计算。33例例:对于对于|m|=1的直线段，应用斜率的直线段，应用斜率-截距式方程绘制该线截距式

21、方程绘制该线段需要哪些步骤段需要哪些步骤?1.计算计算dx:dx=x2-x1;2.计算计算dy:dy=y2-y1;3.计算斜率计算斜率:m=dy/dx;4.计算截距计算截距b:b=y1-mx1;5.设设xend为为x1与与x2中的最大者，若中的最大者，若dx0,则则x=x1,y=y1,且且xend=x2；6.检查整条线段是否绘制完毕，如果检查整条线段是否绘制完毕，如果x xend,则停止运行；则停止运行；7.在当前在当前(x,y)坐标处画点；坐标处画点；8.增大增大x:x=x+1；9.根据方程根据方程y=mx+b计算下一个计算下一个y值；值；10.返回第返回第6步。步。342.DDA(Digi

22、tal Differential Analyzer)算法算法 该算法是增量扫描转换方法。假设在第该算法是增量扫描转换方法。假设在第i步求步求出了直线上的点（出了直线上的点（xi,yi）。由于下一点）。由于下一点 满满足足于是，于是，)11,(iiyxiixymxy1i1ixx ,yy ,/xmyyii1myxxii/1或或这些公式在这些公式在DDA算法中的应用如下：算法中的应用如下：当当|m|=1时，我们从时，我们从x=x1(假设假设x11的情况可做类似处理。的情况可做类似处理。1xmyyii135例例:用伪码描述用伪码描述DDA算法，假设直线段的斜率满足算法，假设直线段的斜率满足:|m|1。

23、对于直线段的两个端点对于直线段的两个端点(x1,y1)和和(x2,y2)，假设，假设y1y2。int x,y=y1;float xf=x1,minv=(x2-x1)/(y2-y1);while(y=y2)x=Floor(xf+0.5);/Floor(x)表示取表示取x的整数部分的整数部分 setPixel(x,y);/在像素在像素(x,y)处画点处画点 xf=xf+minv;y+;/即将即将y值增加值增加1 36DDA算法效率的评述算法效率的评述:优点优点:较直接，用直线方程的方法速度更快。较直接，用直线方程的方法速度更快。缺点缺点:浮点数和取整运算仍然费时。浮点数和取整运算仍然费时。克服方法

24、克服方法:将增量将增量m和和1/m分成整数和分数两部分，使所有计算归结分成整数和分数两部分，使所有计算归结为整数操作为整数操作(这里不再深入分析这种算法这里不再深入分析这种算法)。37 Bresenhams直线算法直线算法 该算法是扫描转换线段的精确高效的增量算法。该算法是扫描转换线段的精确高效的增量算法。它仅利用整数加法、减法及被它仅利用整数加法、减法及被2乘的乘法就可以乘的乘法就可以得到数学上的精确结果。得到数学上的精确结果。这种方法可推广应用到圆和其他曲线的扫描转这种方法可推广应用到圆和其他曲线的扫描转换。换。38假设假设0m1syxyiyi+1xixi+1True lineScan-c

25、onverted pointsP1P2STts像素像素S:xi+1=xi+1,yi+1=yi像素像素T:xi+1=xi+1,yi+1=yi+1已知已知:(xi,yi)确定确定(xi+1,yi+1)?y=mxi+1+bs=y-yi ,t=(yi+1)-y39当当s-t=0,则选则选T,此时此时di+1=di+2(dy-dx)如果如果di0,则选则选S,此时此时di+1=di+2dy40可以算出可以算出:d1=2dy-dx推导过程如下推导过程如下:由由di=2dyxi-2dx yi+C,其中其中C=2dy+dx(2b-1)得得d1=2dxmx1-2dxy1+2mdx+dx(2b-1)/注意注意:m

26、=dy/dx=dx2m(x1+1)+2b-2y1-1=dx2(mx1+b-y1)+2m-1由于由于 mx1+b-y1=0,所以所以d1=dx(2m-1)=2dy-dx 41已知直线段：从已知直线段：从P1(x1,y1)到到P2(x2,y2),其中其中 x1x2,0m1则则Bresenhams直线扫描算法如下：直线扫描算法如下：int x=x1,y=y1;int dx=x2-x1,dy=y2-y1,dT=2(dy-dx),dS=2dy;int d=2dy-dx;setPixel(x,y);while(xx2)x+;if(d0)d=d+dS;42elsey+;d=d+dT;setPixel(x,y

27、);例：已知线段端点（例：已知线段端点（20,10)及（及（30,18）,斜率斜率m=0.8，这时，这时，dx=10,dy=8,dT=-4,dS=16,d=6我们首先画初始点（我们首先画初始点（20，10），然后依），然后依次画点：次画点：43CAM44图像数控编程图像数控编程图像编程简介图像编程简介二维半平面轮廓数控加工图像编程二维半平面轮廓数控加工图像编程 多维图像数控编程多维图像数控编程45 图像编程图像编程即根据计算机图形显示器上显即根据计算机图形显示器上显示零件的三维模型，在示零件的三维模型，在CAD/CAMCAD/CAM软件系统支软件系统支持下自动生成零件数控加工程序的编程过持下自

28、动生成零件数控加工程序的编程过程程.1.1.图像编程简介图像编程简介46图像编程的过程图像编程的过程47图像编程的特点图像编程的特点1、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；编程效率及可 靠性高。3、实现了(CAD/CAM)设计制造的一体 化。48图像编程刀位轨迹的构成图像编程刀位轨迹的构成49图像编程需设置或定义的参数图像编程需设置或定义的参数 一般的一般的CAD/CAM系统提供刀具库，编系统提供刀具库，编程者可从库中选出所需刀具，也可按照所需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。参数和尺寸定义新的刀具。刀具参数的定义刀具参数

29、的定义50515253给定刀矢方向给定刀矢方向刀轴方向（刀轴方向（TOOL AXISTOOL AXIS）的确定的确定54根据加工工艺来设定粗、精加工的加工余量根据加工工艺来设定粗、精加工的加工余量加工余量加工余量(Part Stock)(Part Stock)的设定的设定55加工容差加工容差(INTOL,OUTOL)(INTOL,OUTOL)的设定的设定根据零件要求的设定精度根据零件要求的设定精度56行距的设定的方法：行距的设定的方法：行距（行距（STEPOVERSTEPOVER）的设定的设定给固定值给固定值 (constant)(constant)给定残留高度给定残留高度 (scallop)

30、(scallop)按刀具的百分比按刀具的百分比(percent)(percent)57转速(SPEEDS)及进给速度(FEEDS)的设定58进退刀方式的设定进退刀方式的设定 按刀轴方向进退刀按刀轴方向进退刀 按给定矢量方向进退刀按给定矢量方向进退刀 按圆弧方向进退刀按圆弧方向进退刀 按切线方向进退刀等按切线方向进退刀等59切向引入法向引入切向引出(a)(b)(c)(d)引出引入(a)(b)引入引出(a)切向引入法向引入切向引出(a)(b)(c)(d)引出引入(a)(b)切向引入法向引入切向引出(b)60(1(1）加工外轮廓加工外轮廓 如有直线段或圆弧段时，可由直线段的延如有直线段或圆弧段时，可

31、由直线段的延长线切入或圆弧段的最外高点做引线由空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：处切入，并由空处退刀，如下图所示：61 一定要圆弧进退刀（其辅助圆弧半径一定要大一定要圆弧进退刀（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，于所给刀补半径值）或最高点切线空处进退刀，否则易造成零件过切，还要注意内轮廓加工的下否则易造成零件过切，还要注意内轮廓加工的下刀问题。如图所示：刀问题。如图所示：内轮廓圆弧进退刀内轮廓圆弧进退刀内轮廓圆弧最外点切线进退刀内轮廓圆弧最外点切线进退刀(2)(2)加工内轮廓加工内轮廓62数控加工常用术语数控加工常用术语坐标联

32、动加工坐标联动加工 坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。当然也有一些早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。像这类机床就不能获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。要想加工复杂的曲面，只能采用在某平面内进行联动控制，第三轴作单独周期性进给的“两维半”加工方式。63坐标联动加工坐标联动加工 64YXOYZXYZXZYZXZXX（平 面 曲 线）（空 间 曲 线）切 削 点 轨 迹摆 角 联 动切 削 点 轨 迹刀 心 轨 迹（平 面 曲

33、 线）刀 心 轨 迹（空 间 曲 线）Y(b)(a)两 维 半 坐 标 加 工(a)三 坐 标 加 工(b)PyzPyz四 坐 标 加 工(c)空间曲面的加工(a)两维半坐标加工；(b)三坐标加工；(c)四坐标加工65插补与刀补插补与刀补 数控加工直线或圆弧轨迹时，程序中只提供线段的两端点坐标等基本数据，为了控制刀具相对于工件走在这些轨迹上，就必须在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以填补确定一些中间点，如图(a)、(b)所示，各轴就以趋近这些点为目标实施配合移动，这就称之为插补。这种计算插补点的运算称为插补运算。早期NC硬线数控机床的数控装置中是采用

34、专门的逻辑电路器件进行插补运算的，称之为插补器。在现代CNC软线数控机床的数控装置中，则是通过软件来实现插补运算的。现代数控机床大多都具有直线插补和平面圆弧插补的功能，有的机床还具有一些非圆曲线的插补功能。66(a)直线插补；直线插补；(b)圆弧插补；圆弧插补；(c)刀具半径补偿刀具半径补偿刀心轨迹编程轨迹刀具0YBRXA0123451234XAY(a)(b)(c)刀具半径67走刀方式的规划走刀方式的规划“”形；单向；螺旋等形；单向；螺旋等起始点型腔路径起 始 点 (a)行切加工刀具轨迹行切加工刀具轨迹(d)带岛型腔环切加工刀具轨迹带岛型腔环切加工刀具轨迹(b)环切加工刀具轨迹环切加工刀具轨迹

35、(c)带岛型腔行切加工刀具轨迹带岛型腔行切加工刀具轨迹68 对于槽形铣削，若为通槽，可采用行切法，走刀换向在工件外部进行，如图(a)所示。若为封闭凹槽，可有图示(b)、(c)、(d)三种走刀方案。图(b)为行切法，图(c)为环切法，图(d)为先用行切法，最后用环切法一刀光整轮廓表面。这三种方案中，(b)图方案最差，(d)图方案最好。69 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2、二坐标数控加工刀具半径补偿70 无论内、外轮廓，当要求的转角半径较小无论内、外轮

36、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；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，如图所示再换小刀具将所需转角加工到位，如图所示大刀加工时留的余量小刀再单独加工拐角处二维轮廓转角处加工方式二维轮廓转角处加工方式71 多坐标点位加工多坐标点位加工 空间曲线加工空间曲线加工 曲面区域加工曲面区域加工 组合曲面加工组合曲面加工 曲面交线区域加工曲面交线区域加工 多坐标数控加工的加工对象多坐标数控加工的加工对象 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。根据零件的形状特征进行分类，可以归纳为如下几种加工对象（或加工特征）：3、多坐标图像

37、数控编、多坐标图像数控编程程72 参数线法参数线法:适用于曲面区域和组合曲面的加适用于曲面区域和组合曲面的加 工编程。工编程。截平面法截平面法:适用于曲面区域、组合曲面、复适用于曲面区域、组合曲面、复 杂多曲面和曲面型腔的加工编程。杂多曲面和曲面型腔的加工编程。投影法投影法:适用于有干涉面存在的复杂多曲面适用于有干涉面存在的复杂多曲面 和曲面型腔的加工编程。和曲面型腔的加工编程。刀具轨迹生成方法刀具轨迹生成方法73几个基本概念几个基本概念a 球球头头刀刀b 环环形形刀刀c 平平底底端端刀刀 d鼓鼓形形刀刀 切触点（cutting contact point）切触点指刀具在加工过程中与被加工零件

38、曲面的理论接触点。74 刀位点数据(cutter location data，简称为CLData)刀位点数据指准确确定刀具在加工过程 中每一位置所对应的数据,有刀尖点和刀心点之分。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75 刀位轨迹刀位轨迹 刀具轨迹是指在加工过刀具轨迹是指在加工过程中由刀位点构成的曲线。程中由刀位点构成的曲线。(a)(a)加工曲面及其刀位轨迹加工曲面及其刀位轨迹(b)(b)加工刀轨计算机仿真结果加工刀轨计算机仿真结果 76参数线法加工参数线法加工 曲面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，特点是切削行沿曲面的参数线分布，即切

39、削行沿u线或v线分布，适用于网格比较规整的参数曲面的加工。77a)所示加工的区域正好为零件实际范围.通过调整U、V参数大小，可控制加工区域范围：(a)参数U=1 V=1的刀位轨迹c)所示加工的区域比零件实际范围大.b)所示加工的区域正比零件实际范围小.(b)参数U1 V1 V1的刀位轨迹78(a）沿参数线方向加工的不均匀刀位轨迹(b）投影线环切法的均匀刀位轨迹 用不同方法加工参数分布不均匀曲面的特点：79截平面法 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。若采用“ZIG-ZAG(之)”字走刀方式，截平面图像编程刀位轨迹如图5-

40、16所示：(a)截平面与X轴正方向垂直(b)截平面与X轴平行(c)截平面与X轴夹角9080 去余量螺旋线走刀 若采用“Zig(单向)”的螺旋线走刀方式，加工刀位轨迹始终沿一个方向运动，可利用球头刀或平底刀进行去余量粗加工，避免线速度为零的底刃中心参加切削，有利于提高加工效率。81 导动曲线在待加工表面上的投影一般为切触点轨迹，也可以是刀尖点轨迹。投影法 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。82球形铣刀零件面切触点刀尖点切触点法失刀尖点、切触点与零件面之间的关系刀尖点、切触点与零件面之间的关系 由于待加工表面上每一点的法矢方向均不相同，

41、因此限制切触点轨迹不能保证刀尖点轨迹落在投影方向上，所以限制刀尖点容易控制刀具的准确位置，可以保证刀具在一些临界位置和其它曲面不发生干涉。83(a）导动投影线与零件轮廓）导动投影线与零件轮廓相切相切(a）所示的投影线法可将零件完全加工到位(b）所示的投影线法在左侧就没有将零件加工到位。(b）导动投影线在零件轮廓线上导动投影线在零件轮廓线上84(b)边界轮廓投影 (c）刀位轨迹投影 (a）曲线投影 图是用投影法生成三坐标刀位轨迹的几个举例：(d）外轮廓投影 (e）径向投影 (f）回转面投影85 行距残留高度投影法加工深腔槽的残留高度而球头刀底刃中心线速度为零，切削功能最差。在实际加工过程中，易损

42、坏刀具，啃伤零件，效率也不高。当零件面较为平坦时，利用投影线法简单灵活，容易保证零件精度。但若遇到深腔槽，尤其是其侧壁与刀轴方向夹角较小时，利用投影线法编程就会产生新的问题。如图所示，在同样行距下，其加工残留高度会随侧壁梯度的加大而急剧增大，而且当刀具急剧向下运动时,需要球头刀担当钻头的钻削功能，86深腔槽及其投影法加工刀位轨迹(a）深腔槽(b）投影法加工刀位轨迹87(a)腔槽铣投影截平面 腔槽铣投影平面及刀位轨迹(b)腔槽铣刀位轨迹 腔槽铣即其投影方向为一组等距的与刀轴方向垂直的平面与腔槽求交线，让此平面交线向里或向外偏置一刀具半径与余量之和的距离，此即为刀心点坐标。其加工过程由前一等高线转

43、入下一等高线，通过调整平面层间距和步长，很容易满足零件的精度要求，此加工方法在腔槽复杂且多的模具行业应用极为广泛，如图所示。88四坐标镗孔件及直纹面转子叶轮四坐标图像数控编程89直纹面转子叶轮轮毂及型面刀位轨迹直纹面转子叶轮轮毂及型面刀位轨迹 四坐标数控加工过程中，其刀轴始终与某一坐标轴垂直，刀位文件中刀轴矢量i、j、k中的一项必须始终为0，经后置处理后即为刀尖的X、Y、Z坐标和绕某轴的转角。90 如图所示为复杂三元流转子叶轮类零件，如图所示为复杂三元流转子叶轮类零件，对单件要求又高的必须用五坐标数控机床对单件要求又高的必须用五坐标数控机床进行加工。进行加工。(a)直纹面转子叶轮(b）S形扭曲

44、非直纹面转子叶轮三元流叶轮件91数控机床的控制坐标数(a)两坐标数控车床；(b)三坐标数控铣床XXZZY92大叶片加工YXOYZXYZXZYZXZXX（平 面 曲 线）（空 间 曲 线）切 削 点 轨 迹摆 角 联 动切 削 点 轨 迹刀 心 轨 迹（平 面 曲 线）刀 心 轨 迹（空 间 曲 线）Y(b)(a)两 维 半 坐 标 加 工(a)三 坐 标 加 工(b)PyzPyz四 坐 标 加 工(c)刀心轨迹(平面曲线)切削点轨迹(空间曲线)Pyz刀心轨迹(空间曲线)Pyz切削点轨迹(平面曲线)XO摆角联动(a)(b)(a)(b)(c)XYZXYZXYZXYZXZYYXOYZXYZXZYZX

45、ZXX（平 面 曲 线）（空 间 曲 线）切 削 点 轨 迹摆 角 联 动切 削 点 轨 迹刀 心 轨 迹（平 面 曲 线）刀 心 轨 迹（空 间 曲 线）Y(b)(a)两 维 半 坐 标 加 工(a)三 坐 标 加 工(b)PyzPyz四 坐 标 加 工(c)刀心轨迹(平面曲线)切削点轨迹(空间曲线)Pyz刀心轨迹(空间曲线)Pyz切削点轨迹(平面曲线)XO摆角联动(a)(b)(a)(b)(c)XYZXYZXYZXYZXZY93带岛屿的槽形铣削R铣 刀 半 径岛 屿抬 刀 空 走岛 屿轮 廓 精 铣 路 线(b)(c)(a)94按加工控制路线分类(a)点位控制；(b)直线控制；(c)轮廓控制95 96致 谢 该课件的资料部分来源于internet网，在此对提供资料的朋友表示忠心的感谢！若有不便公开的资料请跟我们联系。天津工程师范学院CAD/CAM精品课小组 电话：022-88181091