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数控机床编程关键技术及加工方法分析--数控机床编程关键技术

日期：2009年10月13　来源：本站原创　关键字：数控机床
(1)数控机床复杂形状零件的几何建模
这里主要指的是曲线曲面生成和编辑裁剪、拼接、过渡、偏置。曲面造型是用曲面表达物体形状的造型方法。与线框造型相比，曲面造型增加了有关边信息、表面特征以及棱边的连接方向等内容。与实体造型相比，曲面造型具有控制更加灵活的优点。目前市场上流行的UGH、Pro／ENGINEER、Cimatron、MasterCAM等软件都具有这方面的功能，它们各有特色，各有侧重点，但都可以保存为(．IGES)通用格式，实现各软件造型功能的互补。
(2)数控机床加工方案与加工参数的合理选择
根据建立的被加工零件的几何模型确定数控加工中的加工工艺路线及加工的参数。其中，刀具、刀轴控制方式，走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制，都是近年研究的重点问题，其目标在于满足加工要求、机床正常运行和刀具——定寿命的前提下达到尽可能高的加工效率。
(3)数控机床刀具轨迹生成
能否生成刀具轨迹直接决定加工的可能性、质量与效串。刀具轨迹生成的首要任务目标，是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。
CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，直到现在的参数化特征造型。在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以点、线为驱动对象，如孔加工、轮廓加工、干面区域加工等。这种加工要求操作人员的水平较高，交互复杂。在曲面和实体造型发展阶段，出现了基于实体的加工。实体加工的加工对象是一个实体(一般为CSG和B-Reps混合表示的)，它由一些基本体素经集合运算(并、交、差运算)而得。实体加工不仅可用于零件的粗加工和半精加工，大面积切削掉余量，提高加工效率，还可用于基于特征的数控编程系统的研究与开发，是特征加工的基础。实体加工一般有实体轮廓加工和实体区域加工两种。实体加工的实现方法为层切法(SLICE)，即用一组水平面去切被加工实体，然后对所得到的交线产生等距线作为走刀轨迹。
参数化特征造型已发展了较长时间，但基于特征的刀具轨迹生成方法的研究才刚刚开始。特征加工使数控编程人员不再对那些低层次的几何信息(如点、线、面、实体)进行操作，面转变为直接对符合工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。特征加工的基础是实体加工，当然也可认为是更高级的实体加工。但特征加工不同于实体加工，实体加工有它自身的局限性。特征加工与实体加工主要有以下几点不同：
(1)数控机床从概念上讲，特征是组成零件的功能要素，符合工程技术人员的操作习惯，为工程技术人员所热知。
(2)数控机床实体是低层的几何对象，是经过一系列布尔运算而得到的一个几何体，不带有任何功能语义信息。
(3)数控机床实体加工常常是对整个零件(实体)的一次性加工，但实际上一个零件不太可能仅用一把刀一次加工完，常常要经过粗加工、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进行加工。
(4)有时一个零件既要用到车削，也要用到铣削。因此，实体加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工则从本质上解决了上述问题。
(5)特征加工具有更多的智能。对于特定的特征可规定某几种固定的加工方法，特别是那些己在STEP标准规定的特征更是如此。如果我们对所有的标准特征都制定了特定的加工方法，那么对那些由标准特征构成的零件的加工．其方便性就可想而知了。
(6)倘若CAPP系统能提供相应的工艺特征，那么NCP系统就可以大大减少交互输入，具有更多的智能。而这些实体加工是无法实现的．
(7)特征加工有利于实现从CAD、CAPP、NCP及CNC系统的全面集成，为实现信息的双向流动奠定良好的基础；而实体加工对这些是无能为力的。下面就几个主要CAD／CAM系统的NC刀具轨迹生成方法分析如下：
CAD／CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的CAD／CAM软件。现在，工作站和微机平台CAD／CAM软件已经占据主导地位并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。
目前比较成熟的CAM系统主要以两种形式实现CAD／CAM系统集成；一体化的CAD／CAM系统(如UGH、Pro／ENGINEER等)和相对独立的CAM系统(如Cimatron、Mastea<2AM等)。前者以内部统一的数据格式直接从CAD系统获取产品几何模型；而后者主要通过中性文件从其CAD系统获取产品几何模型。然而，无论是哪种形式的CAM系统，都由5个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。下面仅就一些著名的CAD／CAM系统的NC加工方法进行讨论。

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