典型CAM平台数控铣削加工编程功能对比应用

第一篇：典型CAM平台数控铣削加工编程功能对比应用

典型CAM平台数控铣削加工编程功能对比应用

前言:

数控加工作为机械制造业中先进生产力的代表，经过十余年的引进与发展，已经在汽车、航空、航天、模具等行业发挥了巨大的作用。它推动了企业的技术进步和经济效益的增长。但是由于多方面原因，国内不同行业在应用数控加工方面表现的差距较大。一方面由于机床刀具软硬件配置等方面的原因，尤其是多坐标控制联动的高速铣削机床，进口设备由于其成本很高，企业不得不考虑其投资效益问题。另一方面多坐标联动高速铣削的CAM软件选型、应用编程与开发方面，需要一个长时期的技术积累才能赶上国外先进水平，尤其是对于人员的技术水平要求较高的CAM软件应用编程开发方面表现更为明显。

用于数控铣削加工编程的CAM软件平台较多，比较常用的UGNX、CATIA、Pro/E、Mastercam、Cimatron、Surfcam、Powermill等，这些CAM软件平台在不同企业数控铣削编程方面发挥了很大的作用，虽然各自应用流程略有差别，但各系统提供的基本数控编程功能都比较相似。但是企业产品对象不同，使得对CAM平台的选型和应用方面的要求有所不同。数控三轴铣削编程上都能满足企业的要求，但在五轴铣削编程，刀具轴矢量控制与后处理程序开发等方面还是存在较大差别的，尤其是五轴机床的加工编程与后处理程序开发表现更为突出。本文就通用的CADCAM软件平台为环境，以几个具体的产品对象的数控铣削加工编程应用实例，简要介绍它们在进行数控三轴铣削、五坐标联动加工编程、后处理开发模式、机床仿真加工模拟接口方面的实例应用。希望对读者有所借鉴作用。一、三轴铣削刀具轨迹设计

现有典型CAM平台在进行数控铣削编程时，其流程基本相同，主要涉及加工对象定义、刀具选择、加工模式选择、轨迹优化编辑修改控制、后处理与实体模拟等方面内容。典型CAM平台在三轴联动数控铣削加工编程方面，都包括为粗加工、精加工、清根加工三种模式以及实体模拟仿真。在刀具轨迹的生成控制方式主要包括二维轮廓粗精加工、、深孔钻削加工、平行或环形等高分层铣削、螺旋铣削、曲面流线、投影加工、曲面清根、放射加工等功能，在高速铣削加工方面一般都提供高速R圆角控制、变速处理、直线拟合、样条插补等轨迹优化策略。利用典型的CAM平台在加工某薄壁空间曲面，其刀具轨迹示意图如下图1～3所示。从图中可以看出，在粗加工方面，各CAM平台功能相当；但在清根处理上，UGNX、CATIA、CIMATRONE可进行多次清根处理；在实体仿真切削时，MASTERCAM、CATIA、CIMATRONE、SURFCAM等平台相对而言模拟速度较快。二、五轴数控铣削刀具轨迹设计

在利用CAM平台进行五轴数控铣削刀具轨迹设计时，其核心内容主要包括刀具轴矢量控制、轨迹驱动方式、进退刀处理、五轴数控机床后处理与五坐标机床加工仿真模拟等方面的工作。由于五轴加工时产品的复杂性和刀具轴控制的灵活性和多样性，导致五坐标联动加工编程的难度和复杂性较大。一般CAM平台都提供五轴铣削数控编程功能，其主要包括（A）旋转四轴：多用于带旋转工作台或配备绕X、Y轴的旋转台的的四轴加工；如MACH1600位Z轴旋转的工作台主轴可立卧转换，可对外圆上的槽或型腔进行加工；（B）五轴底刃铣削：用于铣刀的底刃对空间曲面进行加工，避免传统球头刀的加工，此时需要对刀轴矢量进行合理的控制设计；（C）侧刃五轴：利用铣刀的侧刃对空间的曲面进行加工，避免球头刀的R切削，能大幅度提高曲面粗精加工的效率；（D）五轴顺序铣削与五面体加工：多用于铣削工步内容比较多的多面体加工，如立卧转换五面体加工中心可一次加工产品上的五个面或内外腔的场合，多用于工序的复合化加工；（E）曲线五轴：对空间的曲面曲线进行五轴曲线加工；（F）五轴钻孔：对空间的孔进行钻孔加工，多用于孔的位置不再三个基准平面上比较特殊的场合，如圆锥面上的孔或产品上孔位的轴线方向变化的场合。

空间曲面五轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。进行五轴加工时涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有固定矢量、曲面法线、固定点、直线导动、直纹面导动、刀具轨迹投影、点位与任意矢量连续插补等方式。

典型CAM平台在对某变锥度零件数控铣削加工编程时，各平台环境下的刀具轨迹示意图如下图4～7所示。从图中可以看出，现有的CAM平台一般能满足该产品五坐标铣削加工编程的需要。但是从用户的使用经验上讲，UnigraphicsNX平台在刀具轴矢量控制方面表现得更加灵活，尤其是其提供的插补刀具轴矢量控制和顺序铣削编程功能能够使得用户很轻松得完成所期望的五坐标联动铣削刀具轨迹目标。

http://services.gdcad.com/article/UploadPic/2006-11/***5.jpg

三、后处理程序开发模式

五坐标数控铣削加工编程的后处理程序开发的主要内容包括：①算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。②数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。③格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。

五轴数控机床的配置形式多样，典型配置有绕X轴和Y轴旋转的两个摆动工作台，其二为主轴绕X轴或Y轴摆动，另外的工作台则相应绕Y轴或X轴摆动来构造空间的五轴联动加工。对于主轴不摆动的五轴数控机床，其摆动轴存在主次依赖关系，即主摆动轴（Primary Table）的运动影响次摆动轴（Secondary Table）的空间位置，而次摆动轴的运动则不影响主摆动轴的空间位置状态。用于对典型的五轴机床运动方式进行配置，可对工作台双摆动、主轴头双摆动、主轴摆动及工作台摆动、工作台复合摆动（回转）、主轴复合摆动（回转）等典型五轴机床进行设置。主轴回转或摆动对应于相应机床，其所处于主动轴或从动轴的形式。在确定机床运动类型以后，其旋转轴矢量平面和旋转中心等设置是非常重要的，：用于设置主动轴及次动旋转轴矢量方向，设置主轴或工作台复合摆动轴矢量方向。旋转轴中心、偏心设置及刀具轴输出设置。如下所示为在Mastercam平台下的五轴机床类型设置。

#Machine rotary routine settings mtype

: 0 #Machine type(Define base and rotation plane below)

#0 = Table/Table

#1 = Tilt Head/Table

#2 = Head/Head

#3 = Nutator Table/Table

#4 = Nutator Tilt Head/Table

#5 = Nutator Head/Head head_is_sec : 1 #Set with mtype 1 and 4 to indicate head is on secondary

现有的CAM平台提供的刀具路径的文件包括标准的可编译文件（如APT文件）和二进制文件.CATIA, UGNX, Surfcam,PROE等CAM都支持这两种格式, MasterCam的NCI则是另外的文字格式档案.后处理则各家大多有各自的后处理。典型CAM平台的后处理用户界面如下图8所示。除Mastercam采用文本方式以外，大部分CAM平台都提供自己的后处理用户界面，操作设置比较方便，尤其是可用于多CAM平台和异构数控系统，如Imspost后处理包可支持几乎所有的通用CAM平台和流行的数控系统。后处理程序的开发编辑模式各不相同，其UnigraphicsNX 采用UGPostBuilder，采用基于TCL语言的二次开发功能完成用户开发；Mastercam提供基于GENERIC FANUC系统通用五轴铣削后处理文件，用户需根据具体机床对其进行编辑修改，达到最终的使用要求。其中 CimatronE、Catia可采用ImsPost进行后处理开发；Spost/Gpost则采用宏程序方式用于Surfcam、Pro/Engineer平台。

四、机床加工仿真模拟接口

美国CGTech的产品VERICUT，它可用来在编程阶段校验加工程序的准确性，能够让编程人员对NC加工环境进行仿真。应用VERICUT，可对包括工装夹具在内的整个机床建模，它的易修改的控制程序库使得NC程序在仿真环境中的运行，完全模拟了在机床上的运行。一些CAM系统本身具备校验功能，内部校验检查的是内部的CAD/CAM数据，它们在上机床执行前往往已被转换多次了。外部校验系统则不仅能检查内部CAM文件，还能够校验G代码。NC校验软件能够校验不同CAM系统生成的程序，用同样的手段校验所有的NC程序，使编程人员能够对所用的各种CAM系统得到稳定的可靠的结果。NC校验软件能够减少甚至省略在机床上进行人工的修正，这不仅节省了编程时间，更能使机床被解放出来完全用于加工产品。校验程序还可使返工、加工出废品和损坏加工刀具的可能性降到最低。

Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2~5轴联动数控加工。现有的CAM平台都提供与Vericut的嵌入式接口或转换功能。如下图所示分别为UGNX、CATIA、Mastercam等平台与Vericut之间的转换设置，且它们可直接与Vericut进行嵌入式链接仿真，如Pro/Engineer、UGNX、CATIA、Mastercam平台等。其中UGII/Vericut 切削仿真模块是集成在UGII软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。UGII/Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易的检查出不正确的加工情况。如图9为UGNX、CATIA、Mastercam与Vericut的数据转换接口设置，图10为基于Vericut环境的机床加工仿真模拟，能帮助用户大幅度提高五坐标加工编程的效率和质量。

五、小结

典型CAM平台用于数控铣削加工编程时，各平台的基本功能都差不多。在细节控制上，UG更灵活，对于高速切削加工，应采用螺旋铣削加工，或者是在转角处配置圆弧过渡 都在一定程度上支持高速加工；在支持变速切削的功能上，高速加工转角处的降速处理上，UG和CiamtronE相对好一些，CimatronE支持变速切削，Mastercam只有一次降速功能；在根部清根上的处理，UG和CiamtronE相对好一些，可实现多次清根；五轴铣削刀具轴矢量控制方式上，UGNX非常灵活，其它平台基本都能满足使用要求，主要依赖于用户的灵活应用开发上；后处理程序开发上UGII/PostBuilder灵活，Mastercam采用文本形式，而CimatronE与Catia均可采用支持异构数控系统与CAM平台数控程序转换的Imspost进行后处理，Surfcam与Proe可采用同一后处理NCpost或Gpost；与Vericut软件之间的接口关系，仿真加工上，各平台均可链接；参数化驱动方面UGNX、Catia、Pro/Engineer等均支持参数化刀具轨迹编辑修改，相对其数控编程模板与参数化功能更强大一些。

第二篇：以典型零件生产培养合格人才之数控铣削加工指导书

以合格典型加工培养合格人才

数控铣加工指导书

减速器在工业产品中的应用非常普遍。它几乎囊括了机械类零件的大部分典型零件，包括轴套类零件、箱体类零件、齿轮类零件以及标准件等。可以让我们对机械这个行业有个客观的了解，又能充分认识机械生产中机械减速器在机械产品中的应用非常普遍，因为它几乎包含了机械类的大部分典型零件：轴类零件、箱体类零件生产中典型零件的结构、类型与加工，从而达到事半功倍的效果。

第三篇：开题报告-高速加工(铣)中典型零件数控编程及处理

高速加工（铣）中典型零件数控编程及处理

开题报告

班级（学号）机0304（24）姓名 邓荣军 指导老师 孙江宏

一、综述

目前，我国的工业处于发展阶段，由于起步晚、技术研究人员缺乏等原因，生产制造水平落后于国外行业。在数控行业中，这个现象更为明显。我国机床工业的发展速度在近几年虽然很快，但与世界先进水平相比差距依然很大,主要体现在企业的核心竞争力还不强，市场占有率不高。特别是国产高档数控机床无论在品种、水平上都与市场需求相差甚远，市场占有率不到10%。而中、低档数控机床在价格、交货期和服务上，也存在竞争力不强的问题，特别值得一提的是国内数控功能部件发展滞后的矛盾还相当突出。[1] 数控高速切削加工作为工业生产制造中重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高，切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，切削时间减少，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。

高速切削技术是切削加工的发展方向，也是时代发展的产物。高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。高速切削加工所用的CNC机床、刀具和CAD/CAM软件等，技术含量高，价格昂贵，使得高速切削投资很大，这在一定程度上制约了高速切削技术的推广应用。高速切削的高效应用要求机床系统中的部件都必须先进。

在铣削加工的数控机床方面，发展非常迅速。1948年，美国的Parson公司与麻省理工学院在美国空军部门的支持下，开始研制数控机床，以便用于加工直升飞机叶片轮廓检验用的样板和制造形状复杂、改型频繁、精度要求越来越高的飞机导弹零件[2]。经过三年多的努力，于1952年研制出第一台3坐标数控铣床，标志着数控加工技术正式走向应用。我国是从1958年开始研制数控机床，在研制与推广使用数控机床方面取得了一定成绩。如北京第一机床厂在一机部北京机床研究所、清华大学等单位的协助下研制了数控铣床，上海第三机床厂在上海精密机床研究所、上海交通大学、上海科技大学等单位的协助下研制了数控键床[3]。近年来，由于引进国外的数控系统与伺服系统的制造技术，使我国的数控机床在品种、数量和质量方面都得到了迅速发展。目前我国的北京、上海、江苏、山东和辽宁等有几十家机床厂，能够生产不同类型的数控机床和加工中心。虽然在数控技术领域中，我国与发达国家之间还存在着较大的差距，但随着工厂、企业技术改造的深入开展，将有力的促进数控机床的发展和大幅度增加数控机床的需求量，使这种差距不断缩小。

下面介绍目前现有的数控机床类型：

① 升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。② 龙门铣床：包括龙门铣镗床 龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。

③ 单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。

④ 工作台不升降铣床：有榘形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。⑤ 仪表铣床：一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。⑥ 工具铣床：用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。

⑦其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣床、程序控制铣床和数字控制铣床。

二、研究内容

针对典型件斜齿轮的数控加工进行研究。斜齿轮成形铣削原理：

采用盘铣刀进行斜齿轮加工仿真,最主要的是要建立铣刀和毛坯相对运动关系式,盘形铣刀与齿轮毛坯位置关系如图5 所示,铣刀相对直齿加工要旋转一个螺旋角β,即铣刀处于图5 所示位置2 ,在加工过程中,工件仅绕自身轴线作旋转运动,而铣刀既要绕自身轴线作旋转运动,又要沿毛坯轴线作垂直进给运动,运动方式如图6 所示.每加工完一个齿后,齿轮毛坯退刀并作分度转动,分度角为2π/ z.由斜齿轮螺旋线性质可知,螺旋线沿轴线移动一个螺旋线导程p 的同时必须绕轴线旋转2π ,即

ptand（1）

式中 d 齿轮分度圆直径

图5 铣刀和齿轮位置和运动关系

图6 螺旋线展开示意

利用AutoL ISP 语言、调用了CAD 的内置命令进行斜齿轮仿真加工，能够准确的加工出斜齿轮，并且能保证很高的加工精度[2]。因此对于本次课题，在第一机床厂对一个S型铣削试切件进行模拟仿真加工是可行的。

本次研究的重要内容有：

1.针对类似上述典型的零件，在试验台上进行夹具设计，机床传动机构的三维建模，工作环境的三维干涉检查等。

2.结合高速加工的工艺特点制定数控加工工艺。并在EDGECAM中，找到和应用适合高速加工的参数，并应用到实际加工中。

3.了解高速铣削加工的特点和优势，在EDGECAM中，完成复合设备的数控加工编程工作。

4.完成铣削的虚拟环境下的仿真校验。

5.能够实际加工完成典型零件，并对仿真过程与加工过程进行比较。目前较为类似的五轴联动数控龙门铣床如下：

三、实现方法及预测目标

本次研究的主要任务是进行机床传动与动力的设计计算、夹具的设计、完成典型零件 的NC数控编程。主要原则是：传动与动力设计合理，夹具简单有效、易于装卸以及在加工过程中不会与机床发生干涉。

初步解决方案：

（1）对机床进行三维建模，通过对机床进行数据调查，知道机床传动与动力机构的所有参数以及机构简图，并进行分析计算，通过EdgeCAM软件对机床进行三维建模，得出机床准确的三维模型。

（2）进行夹具设计，针对要加工的零件，分析其在加工过程中的受力以及运动状况，提出简单易行，方便可靠的夹具方案，并在EdgeCAM软件中对该夹具进行三维建模。

（3）对零件加工过程的模拟仿真，运用EdgeCAM软件，对加工零件在（1）（2）中得出的机床和夹具下进行模拟仿真，分析是否有干涉发生，若有，应及时提出改进方案。

（4）若上述过程均无错误发生，则生成该零件的G 代码，同时对G代码进行检查并相对于要加工的机床的系统进行必要的修改。检查无误后，输入相应的机床加工出零件实体。

（5）针对该零件的仿真过程与实际加工过程进行对比得出结论。实施难点：

（1）准确的机床三维建模（2）夹具的设计（3）干涉分析（4）G代码检验

（5）实际零件的加工

四、对进度的具体安排

1、第1至第2周为调研阶段，查找资料，对胶管增强层缠绕机的总体认识。

2、第3周完成英文文献的翻译工作

3、第4周完成调研报告、开题报告及外文翻译。

4、第5至第6周为设备功能原理分析、方案设计阶段，完成机构草图的绘制。

5、第7至第8周完成胶管增强层缠绕机的传动结构设计及动力计算，主要参数计算。

6、第9至第12周完成胶管缠绕机的总体结构设计，完成三张A0图。

7、第13至第14周完成论文初稿，上交导师审阅并修改。

8、第15至第16周完成正式总体结构装配图设计工作并检查。

9、第17周完成论文撰写，并进行预答辩。

10、第18周进行毕业论文答辩。

五、参考文献

1、王良,我国机床工业与世界机床业的差距.机械工业信息研究院产业与市场研究所.市场报告2 0 0 6 年第1 1期,23-27.2、陈晓飞,黄筱调,方成刚.基于AutoL ISP 斜齿轮成形铣削加工的几何仿真.机械与电子,2006(8),6-8.3、申丽国，张昆，黄征.国外数控技术的研究动向和发展趋势.机械工业自动化，1994，Vol,18,No.2:19-23.4、唐家锡.CAD/CAM技术.北京：北京航天航空大学出版社.1994.5、唐锐.普通铣床专用化数控改造设计.工程硕士专业学位论文.2006.6、田华.数控机床高速电主轴结构设计及性能分析.硕士学位论文.2006.7、王鹏远.三抽数控枕创加工图形仿真技术的研究与实现.硕士学位论文.2006.8、徐东.模具型腔数控铣削技术研究与应用.硕士学位论文2006.9、陆名彰.高硬度材料的超高速铣削.现代制造工程2006年第5期.10、基于数控铣削的逆铣和顺铣.机械研究与应用.2006年12月第19卷第6期

指导教师:

****年**月**日

督导教师:

****年**月**日

领导小组审核意见:

审查人签字:

****年**月**日

第四篇：开题报告-不同类型数学模型(典型件)在数控加工中的应用

不同类型数学模型（典型件）在数控加工中的应用

开题报告

班级（学号）： 机0303-38 姓名：刘小川

指导老师： 孙江宏

一、综述

随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及形状的日益复杂，迫切需要速度快、精度高的编程，以便于直观检查。为了弥补手工编程和NC语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话型自动编程系统、语音数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计（CAD）软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后在调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的CAD/CAM(computer Aided Manufacturing)软件所采用的数控编程方法。目前常用的图形交互式软件有MsterCAM, NC3APS M, HZAPTⅡ, MAPT，EdgeCAM等。

在图形交互式编程系统中，零件CAD模型可分为线框模型、曲面模型和实体模型。这三种模型以不同的角度来描述一个物体。

1.线框模型

线框模型用来描述三维对象的轮廓，主要由点、直线、曲面等组成，不具有面和体的特征，不能进行消隐、渲染等操作，也不能直接产生刀具路径。

2.曲面模型

在曲面造型中，利用已有的线框模型，通过不同的熔接转换可以创建不同类型的曲面模型。这些曲面包括：举升曲面（Loft）、昆氏曲面（Coons）、直纹曲面（Ruled）、旋转曲面（Revolve）、扫描曲面（Sweep）和牵引曲面（Draft）。曲面模型表示工件曲面的真是形状，具有立体感。能在曲面模型上进行编辑和着色，可以直接产生刀具路径来加工曲面。

3.实体模型

实体模型是一个单个图案，不管多么复杂，还是一个图素，是一个整体。在实体造型中，可通过对绘制的曲线串联进行挤出操作、旋转操作、扫描操作或拉伸操作来创建实体模型。

三维模型的三种表现形式如图1所示。

c)实体模型 a)线框模型

b)曲面模型

图1 三维模型的三种表现形式

其中，适用于数控编程的主要有曲面模型和实体模型，其中以曲面模型在目前的数控编程中应用较为广泛。图形交互式编程系统的主要特点是零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形交互式下进行定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型（可以是表面模型，也可是实体模型）。以实体模型为基础的数控编程方法比以表面模型为基础的数控编程方法较为复杂，基于后者的数控编程系统一般只用于数控编程，就是说，其零件的设计功能（或几何造型功能）是专为数控编程服务的，针对性强，也容易使用。前者则不同，其实体一般都不是专为数控编程服务的，甚至不是为数控编程而设计的，为了用于数控编程往往需要对实体模型进行可加工性分析，识别加工特征（加工表面或加工区域），并对加工特征进行加工工艺规划，最后才进行数控编程，其中每一步都很复杂，需要在人工交互方式下进行。

然而实体模型能够完整且无二意性地表示实体。依靠计算机实体模型中完整的几何与拓扑信息，可以顺利完成从消隐、剖切、有限元网格划分、NC刀具轨迹生成到计算实体体积、重量、重心、惯性矩等质量特性等问题，具有实际意义。从产品设计、分析测试、图样生成到产品加工等等，实体模型已经成为CAD/CAM/CAE/CIMS的基础。而且由于着色、光照及纹理处理等技术的运用，使物体的可视性更为出色。此外，运用提示模型进行加工，可通过自动查找加工特征、自动设置加工参数等功能，大大减少了编程的操作过程。

实体模型是几何造型的高级模型，它可提供三维形体的最完整的几何和拓扑信息。从技术发展的趋势看，它在 CAD/CAM中的重要性将越来越大。在计算机集成制造的环境下，需要将产品的有关设计制造管理信息尽量完整地包含在数字化定义中，以便提高生产过程中各个环节的自动化和智能化处理水平。使用实体模型将有助于推动设计工作中自动推理机制的运用，提高成组技术的应用水平，实现数控加工刀具轨迹的自动生成和校验加工过程的动态仿真和干涉检查，因此有着广阔的发展和应用前景。

随着数控技术的进步，数控加工正朝着自动化和智能化的方向发展。而零件模型的造型方式对数控加工造成了很大的影响。虽然自20世纪60年代末期各国研究工作者为建立实体模型进行了长期深入的理论研究和试验探索，但很少有文章探讨零件模型建模方式对数控加工影响。本课题将对三维模型的三种表现形式进行分析，并预测哪种建模形式将是未来数控加工的方向。

二、研究内容

主要研究方向：主要研究线框模型、曲面模型和实体模型这三类数学模型在数控加工当中的应用，以及对刀具加工路径、加工精度、加工效率等方面的影响。主要设计任务是复杂零件的设计和夹具设计，并对夹具的传动和动力进行计算。

本次研究由北京第一机床厂提供数控加工设备，该加工中心如图2所示。要求了解该加工中心的工作原理及其加工特点，并在此机床上对研究的理论进行验证。

图2 CHA6130数控加工中心

本次课题主要研究内容有：

1.分别建立典型的线框模型、曲面模型和实体模型，辨别其不同。

2.分别利用三种模型，完成一个零件的设计到加工过程，分析不同类别的模型对数控加工的影响。

3.在EDGECAM软件中完成一个实体模型的加工编程过程。4.对未来的STEP-NC前景进行适当的探索研究。

5.部分解决当前工厂中所遇到的复杂模型的建模问题，并在实验台上完成实际加工，并对仿真过程与加工过程进行比较。

三、实现方法及预期目标

本次研究主要利用数控机床插补原理以及刀具轨迹的计算方法，辨别并研究这三种三维模型的特点及其对数控加工的影响，并在CXHA6130加工中心中进行验证。

为了实现本次研究的所有目标，重点需要完成如下任务：（1）三维模型的表现形式及其来源；

（2）找到合适的刀具轨迹算法，计算和分析不同类型的模型对数控加工的影响；（3）三维实体模型对数控加工的影响，并与其他形式三维模型进行比较；（4）接合前面做出的理论研究，对未来STEP-NC前景进行适当的探索研究；

（5）运用前面做出的理论研究，部分解决工厂中所遇到的复杂模型的建模和加工问题； 针对上述问题，提出如下解决方案：

（1）在建模软件中建立复杂零件的线框模型、曲面模型和实体模型，要求其复杂程度能满足理论研究的要求；观察不同类型的模型之间的差别，并重理论上分析它们的特点。

（2）结合数控机床插补原理，利用多轴数控加工刀具轨迹生成方法计算出不同类型模型中的刀具轨迹。辨别和分析这些刀具轨迹的区别，并且与实际机床相结合，分析对数控加工过程中的对加工精度、加工效率等方面的影响，以及各种数学模型适合于何种加工环境。这部分是该研究的核心部分。

（3）在EDGECAM中对该零件的三种模型进行加工，注意其加工参数设置的差异以及加工方式是否有差别。尝试用不同的方法进行加工，观察刀具路径的细微变化，比较找出最优的刀具路径。

（4）STEP-NC的基本原理是基于制造特征进行编程，而不是直接对刀具运动进行编程。基于这个原理，采用STEP-NC的方式更有利于本次研究。此外STEP-NC对数控编程接口以及加工方式都产生了极大的变革，是未来数控系统的发展趋势。因此在这里很有必要对对对未来STEP-NC前景进行适当的探索研究。

（5）解决当前工厂中所遇到的复杂模型的建模问题，并运用前面做出的理论研究优化刀具路径，在试验台上完成实际加工，验证前面得出的理论是否正确。同时对仿真过程与加工过程进行比较，观察二者之间是否存在差异，并分析原因。

此外，本课题还包含夹具的设计任务，设计指导思想是：结构简单，加紧力能满足加工时的要求，与机床的配合简单合理，装夹过程简单易操作。夹具设计重点应考虑机床干涉问题，在设计夹具时应同机床一起进行三维干涉检查，以保证并联机床在工作空间内安全操作。

四、对进度的具体安排

3月1日－26日完成调查研究和开题报告。

3月26日－4月20日完成夹具的设计、复杂零件的三种形式建模。4月20日－4月25日审查图纸。

4月25日－5月15日完成零件的加工编程，仿真校验，G代码的后处理，在工作台上进行实际加工。5月15日－6月10写毕业论文。

五、参考文献

1.王润孝，秦显生编著.机床数控原理与系统[M].西安：西北工业大学出版社，1997 2.刘雄伟 等编著.数控加工理论与编程技术[M].北京：机械工业出版社，2001 3.庄海军等.一种基于实体模型的三轴数控加工刀轨生成算法[J].南京航空航天大学学 报.2002, 34(4):332-335 4.郭朝勇，黄海英.自由曲面数控加工刀具轨迹曲线的一种生成算法[J].现代制造工程.2005（1）：39-40 5.曹炜，曾忠，李合生.快速成形技术及其发展趋势[J].机械设计与制造.2006（5）：104-106 6.杜文杰.管联结密封垫圈三种建模方法[J].机械设计与制造.2006（1）：53-54 7.王文中，杨君顺.快速成型制造技术的逆运算[J].机械设计与制造.2006(1):113-114 8.黄建波，李凤学，黄海英.面向制造的产品三维建模特征规划研究[J].现代制造工程.2005(1):32-34 9.周济，周艳红编著.数控加工技术[M].北京：国防工业出版社，2002 10.李业农.数控机床及其应用[M].北京：国防工业出版社，2006

指导教师：

督导教师：

领导小组审查意见：

审查人签字：

年 月 日

第五篇：文献综述报告-不同类型数学模型(典型件)在数控加工中的应用

不同类型数学模型（典型件）在数控加工中的应用

文献综述报告

班级（学号）： 机0303-38 姓名：刘小川

指导老师： 孙江宏

一、零件的三种建模方法

这部分资料主要关于零件的三种建模方法、零件模型在数控加工中的应用、实体零件模型的优点和发展前途等。详细资料有：

1.王文中，杨君顺.快速成型制造技术的逆运算[J].机械设计与制造.2006(1):113-114 2.黄建波，李凤学，黄海英.面向制造的产品三维建模特征规划研究[J].现代制造工程.2005(1):32-34 3.杜文杰.管联结密封垫圈三种建模方法[J].机械设计与制造.2006（1）：53-54 4.曹炜，曾忠，李合生.快速成形技术及其发展趋势[J].机械设计与制造.2006（5）：104-106 5.麻东升,李艳萍.机械产品的CAD/CAM应用及三维造型技术[J].承德职业学院学报.2006(4):73-75 6.沈春龙,张友良.三维虚拟加工环境及其关键技术的研究[J].计算机辅助设计与图形学学报.2001,13(1):890-894

7.高利辉等.基于三维实体模型的多坐标数控加工过程仿真[J].机械设计与制造.2002(3):87-89 8.马亚良, 陈仁竹.复杂模型的建模技术[J].测量与设备.2001(2):28-29 9.杨晓红, 戴庆辉,王藏柱.基于特征的参数化实体造型系统[J].煤矿机械.2009(9):19-21

二、数控加工理论

该部分资料不要介绍数控加工机床的工作原理、数控加工算法等相关理论知识以及数控技术的发展，这部分资料主要以教材居多。详细资料有：

1.王润孝，秦显生编著.机床数控原理与系统[M].西安：西北工业大学出版社，1997 2.刘雄伟 等编著.数控加工理论与编程技术[M].北京：机械工业出版社，2001 3.周济，周艳红编著.数控加工技术[M].北京：国防工业出版社，2002 4.李业农.数控机床及其应用[M].北京：国防工业出版社，2006 5.陈乃峰.计算机辅助技术对高速加工的影响[J].吉林师范大学应用工程学院.2006(24):54-56

三、插补、拟合以及刀具轨迹算法

介绍数控加工控制装置的内部算法，如数控加工中通常用到的插补、拟合算法等，还有刀具的轨迹计算、在不同模型中的刀具切削力的计算，以及曲面的构建算法等。详细资料有：

1.庄海军等.一种基于实体模型的三轴数控加工刀轨生成算法[J].南京航空航天大学学 报.2002, 34(4):332-335 2.郭朝勇，黄海英.自由曲面数控加工刀具轨迹曲线的一种生成算法[J].现代制造工程.2005（1）：39-40 3.杨树莲.快速数字积分插补算法及其实现[J].机床电器.2003(6):12-14 4.岳秋琴.数控直线插补的优化算法[J].机床电器.2003（2）：8-9 5.庄海军等.实体模型的三轴数控粗加工刀轨生成算法[J].计算机辅助设计与图形学学报.2003,15(1):81-84 6.田美丽.ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统中孔加工刀具路径的优化[J].制造技术与机床.2002(10):16-17 7.罗凯华.点位控制加工中刀具路径的优化设计[J].南平师专学报.2004,23(2):24-26 8.孔亚洲等.非均匀Ｂ样条曲线的插补算法[J].华中科技大学学报.2001,29(1):69-71 9.潘建新，陈儒军.高速铣削时生成刀具路径的优化策略[J].长沙航空职业技术学院学报.2005,5(4):61-63 10.梁锡坤,董文.基于测量数据优化修匀的特性曲线样条插值方法[J].传感技术学报.2006,19(6):2585-2587 11.俞芙芳.基于极坐标投影法的五轴加工刀具路径生成法[J].广西工学院学报.2006,17(3):5-8 12.陈敏等.数控加工中平面参数曲线的拟合[J].机床与液压.2006(4):70-72

四、STEP－NC

STEP－NC技术是一种先进的面向对象的加工方法。该部分资料介绍了STEP－NC技术的原理和发展前景。详细资料有：

1.刘日良，张承瑞.STEP-NC数据模型和数控程序[J].中国制造业信息化.2004,33(10):102-104 2.李伟光等.新型STEP-NC数控加工方式[J].CAD/CAM与制造业信息化.90-93