【導(dǎo)讀】控制、二維輪廓控制和三維輪廓控制（3DContour. 這類(lèi)機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖孔機(jī)床等。僅要控制刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且要控制整個(gè)加工過(guò)程中的走刀路線和速度?？刂茢?shù)控機(jī)床也稱(chēng)為兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。列指令，稱(chēng)為數(shù)控程序或零件程序。一個(gè)十分重要的概念。每一個(gè)數(shù)控編程員和數(shù)控機(jī)床的操作者，都必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系。統(tǒng)有一個(gè)完整且正確的理解，否則，程序編制將發(fā)生混亂，操作時(shí)更會(huì)發(fā)生事故。向?yàn)橹鞣较?；Y軸的運(yùn)動(dòng)方向則根據(jù)X軸和Z軸按右手法則確定。一般來(lái)說(shuō)，加工中心的參考點(diǎn)為機(jī)床的自動(dòng)換刀。于數(shù)控車(chē)床）指定。初始化控制系統(tǒng)是指設(shè)置機(jī)床。所選用的數(shù)控機(jī)床上上述各原點(diǎn)及其之間的偏移關(guān)系。到下一個(gè)位置之間的增量給出的。廓一個(gè)刀具半徑修正值，兩者均是對(duì)二坐標(biāo)數(shù)控加工情況下的刀具補(bǔ)償。工，還不具備刀具半徑補(bǔ)償功能，必須在刀位計(jì)算時(shí)考慮刀具半徑。工深度等的變化而需要對(duì)切削深度用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)整。

　　

【正文】 面交線加工工藝要求及相交曲面形態(tài)，選擇刀具半徑 R 盡可能大的球形刀；構(gòu) 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 24 頁(yè) 共 47 頁(yè) 造兩加工表面的等距面，距離等于刀具半徑 R；求兩等距面的交線，一般以離散點(diǎn)列表示；以交線點(diǎn)列為基礎(chǔ)，采用參數(shù)篩選法生成交線加工刀具軌跡，也可以直接采用交線點(diǎn)列作為交線加工刀具軌跡；按交線兩端 處的檢查面終止刀具運(yùn)動(dòng)，對(duì)交線加工刀具軌跡進(jìn)行裁剪。 、曲面交線五坐標(biāo)數(shù)控加工處理過(guò)程 對(duì)于五坐標(biāo)數(shù)控加工，由于刀軸可以控制，曲面交線清根加工不僅可以采用球形刀，也可以根據(jù)相交曲面及約束面形態(tài)采用環(huán)行刀或端銑刀。 （ 1）曲面交線球形刀五坐標(biāo)數(shù)控加工處理過(guò)程 球形刀五坐標(biāo)加工曲面交線，應(yīng)分兩種情況，一種是與球形刀三坐標(biāo)加工曲面交線類(lèi)似的情況，即刀心沿加工表面等距面的交線運(yùn)動(dòng)，而不受其它因素的影響；另一種情況是，交線加工是在零件面（或?qū)?dòng)面）的加工中同時(shí)被加工出來(lái)的，刀軸主要受控于零件面的加工，刀心被約束在導(dǎo)動(dòng) 面的等距面上，而受刀軸位置和刀軸方向的影響，典型的例子是整體葉輪葉型的精加工與清根交線加工同時(shí)完成。在此我們只討論第一種情況，其處理過(guò)程如下： 按球形刀三坐標(biāo)數(shù)控加工曲面交線的處理過(guò)程生成五坐標(biāo)加工刀心軌跡；在每一刀心點(diǎn)作刀心軌跡的法截面，此截面作為刀心點(diǎn)處的擺刀平面；求擺刀平面與兩加工表面臨界線的交點(diǎn)；過(guò)刀心點(diǎn)作對(duì)角平分線，此平分線即為刀軸矢量。 （ 2）曲面交線環(huán)行刀五坐標(biāo)數(shù)控加工處理過(guò)程 在五坐標(biāo)數(shù)控加工中，采用環(huán)行刀加工曲面交線，每個(gè)控制表面與刀具的切觸點(diǎn)均被限制在刀刃圓環(huán)面上，每個(gè)控制表面與刀刃表面 的公法線均通過(guò)刀刃圓環(huán)中心線，而不是通過(guò)刀心點(diǎn)。其刀具軌跡計(jì)算方法為： 根據(jù)曲面交線加工工藝要求及相交曲面形態(tài)，選擇環(huán)行刀刀刃半徑幾刀具半徑；構(gòu)造兩加工表面的等距面，距離等于刀刃半徑；求兩等距面的交線，并以離散點(diǎn)列表示；求離散點(diǎn)到兩控制面的垂足，三個(gè)點(diǎn)形成的平面作為該點(diǎn)處的擺刀平面，采用環(huán)行刀加工曲面交線，要求夾角小于 90 度，否則不宜用環(huán)行刀加工；求解該點(diǎn)處的刀軸矢量及刀心坐標(biāo)。 、曲面間過(guò)渡區(qū)域加工刀具軌跡生成 曲面間過(guò)渡區(qū)域加工是一種比較獨(dú)特的區(qū)域加工方法，一般采用截平面法進(jìn)行加工，或定義成過(guò)渡曲面后， 用參數(shù)線法進(jìn)行加工。曲面間過(guò)渡區(qū)域一般要求為等半徑圓弧過(guò)渡曲面或變半徑圓弧過(guò)渡曲面。 一般來(lái)說(shuō)兩曲面之間要求有過(guò)渡曲面，一方面是造型設(shè)計(jì)的要求，另一方面是加工工藝的要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，往往不事先構(gòu)造過(guò)渡曲面（一些特殊要求的除外），而是直接通過(guò)母面生成過(guò)渡區(qū)域加工刀具軌跡。 最簡(jiǎn)單的過(guò)渡區(qū)域加工刀具軌跡生成方法是兩曲面間采用等半徑圓弧過(guò)渡，該半徑正好是加工所用球形刀的刀具半徑，可直接采用曲面交線清根加工刀具軌跡的生成方法。 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 25 頁(yè) 共 47 頁(yè) 、截平面法 設(shè)兩曲面 S1 和 S2 相交于交線 C，在 S 和 S之間要求等半徑的圓弧過(guò)渡曲面， 采用球形刀加工，刀具半徑為 r（ rR），要求用截平面法生成過(guò)渡區(qū)域加工刀具軌跡，處理過(guò)程如下： 生成的等距面，距離為 R；求兩等距面的交線；給定一參數(shù)步長(zhǎng)，在交線上取點(diǎn)列，求該點(diǎn)列到曲面的垂足；過(guò)交點(diǎn)和兩個(gè)垂足點(diǎn)作截平面，并以交點(diǎn)為圓心，過(guò)垂足作圓弧，其半徑為 R；以交點(diǎn)為圓心，作一系列半徑為（ Rr）的圓弧，該圓弧與的交點(diǎn)為，與的交點(diǎn)為，圓弧段即為該過(guò)渡區(qū)域截平面法加工的刀具軌跡。 在上述算法中，要用到等距面生成算法一次，曲面求交算法一次，點(diǎn)到曲面求垂足算法多次，而這些算法都是非常復(fù)雜的，而且實(shí)際加工效率也不 高。因此，可能的話，應(yīng)盡可能采用刀具半徑等于過(guò)渡區(qū)域圓角半徑的刀具，采用前面介紹的交線清根刀具軌跡生成方法一次生成過(guò)渡曲面加工的刀具軌跡。 、半徑遞減法 當(dāng)兩曲面間過(guò)渡圓弧半徑很小時(shí)，在加工曲面時(shí)，一般不宜采用半徑等于過(guò)渡圓弧半徑的刀具，而是采用半徑較大的刀具，這是因?yàn)榈毒甙霃教?huì)大大增加加工曲面的刀位點(diǎn)，降低加工效率，而用較大的刀具加工兩張相交曲面，無(wú)論用什么方法加工，在交線處留的總是這把刀具的圓角半徑，如果這時(shí)再用小刀具沿交線加工一次，又會(huì)在交線兩側(cè)小刀具與大刀具的交接處留有較高的殘痕，鉗工極不好修理 。 為了解決好這個(gè)問(wèn)題，可采用半徑遞減法，用大刀具加工曲面，用小刀具在交線的兩側(cè)來(lái)回加工幾次，形成光滑的過(guò)渡區(qū)域。 設(shè)兩曲面相交與交線 C，在之間要求等半徑的圓弧過(guò)渡曲面，采用球形刀加工，刀具半徑為 r。 、裁剪曲面加工刀具軌跡生成 裁剪曲面一般表現(xiàn)為兩種形式：孔邊界裁剪和島嶼邊界裁剪。裁剪曲面的數(shù)控加工刀具軌跡可利用裁剪曲面的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，使生成的刀具軌跡分布合理，提高加工效率。一般來(lái)說(shuō)，裁剪曲面的數(shù)控加工刀具軌跡具有以下特點(diǎn)： （ 1）裁剪之前的曲面是連續(xù)的，而且往往是光滑的，可以利用參數(shù)線法或截平面法生成數(shù) 控加工刀具軌跡。 （ 2）被孔裁剪的裁剪曲面，不論孔的形狀如何，如果孔的直徑遠(yuǎn)小于待加工曲面的話，數(shù)控加工編程時(shí)可以不考慮孔的存在，而將裁剪曲面作為一個(gè)整體進(jìn)行刀具軌跡規(guī)劃。 （ 3）如果孔的直徑比較大的話，為了提高加工效率，可將跨越孔的刀具軌跡提高進(jìn)給速度。這時(shí)需要對(duì)整體刀具軌跡進(jìn)行裁剪，將加工區(qū)域刀具軌跡線段與跨越孔的刀具軌跡線段分開(kāi)。由于進(jìn)給速度不同，一般需要對(duì)孔的邊界指定一個(gè)負(fù)的加工余量，保證加工區(qū)域的刀具軌跡線段延伸到孔中一定的距離，這樣將避免刀具在快速跨越孔的邊界時(shí)撞擊零件的邊緣。 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 26 頁(yè) 共 47 頁(yè) （ 4）被島嶼裁剪 的裁剪曲面的加工，可以按帶島嶼的型腔加工刀具軌跡計(jì)算方法生成刀具軌跡。另外，也可以直接利用參數(shù)線法或截平面法生成整個(gè)曲面數(shù)控加工的刀具軌跡，接著用島嶼的邊界（內(nèi)環(huán)）對(duì)整體刀具軌跡進(jìn)行裁剪，去掉跨越島嶼的刀具軌跡線段。裁剪刀具軌跡時(shí)，需要對(duì)島嶼的邊界指定一個(gè)正的加工余量，加工余量應(yīng)略大于刀具半徑。然后設(shè)置刀具回避島嶼的方式：抬刀或沿島嶼最短邊界繞行。如果回避方式為抬刀，則當(dāng)?shù)毒哐氐毒哕壽E與動(dòng)到裁剪曲面的內(nèi)環(huán)邊界而切削行尚未結(jié)束時(shí)，刀具快速自動(dòng)退刀安全平面，并繼續(xù)快速運(yùn)動(dòng)到此切削行的下一段刀具軌跡的起點(diǎn)，然后再 下降到加工表面，沿此切削行的下一段刀具軌跡進(jìn)行切削加工。如果回避方式為沿島嶼最短邊界繞行，則當(dāng)?shù)毒哕壽E運(yùn)動(dòng)到裁剪曲面的內(nèi)環(huán)邊界而切削行尚未結(jié)束時(shí)，刀具自動(dòng)沿島嶼最短邊界路徑運(yùn)動(dòng)，直到此切削行的下一段刀具軌跡的起點(diǎn)，然后沿此切削行的下一段刀具軌跡進(jìn)行切削加工。 （ 5）如果要求裁剪曲面與島嶼的邊界精確成形，最后應(yīng)沿島嶼邊界按交線加工方式進(jìn)行清根加工。 、曲面型腔加工刀具軌跡生成 曲面型腔是機(jī)械零件上比較典型的加工單元，種類(lèi)繁多，形狀各異，但歸納起來(lái)可以分為兩大類(lèi)：普通曲面型腔和帶島嶼曲面型腔。曲面型腔可看作是在 一張具有封閉內(nèi)環(huán)的曲面上沿給內(nèi)環(huán)邊界挖腔而生成的。在三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上加工曲面型腔，要求型腔型面沿 Z坐標(biāo)方向單調(diào)。曲面型腔的加工一般分為粗銑型腔和型腔型面精加工。粗銑性的目的是挖去型腔的大部分加工余量，切削出型腔的基本形狀；型腔型面精加工是在型腔型面留有少量加工余量的基礎(chǔ)上加工型腔型面。 、曲面型腔粗加工 （ 1）不具備型腔基本型的曲面型腔粗加工 確定銑削加工余量在毛坯上的最高位置； 確定型腔分層銑削的切削深度； 從銑削加工余量在毛坯上的最高位置開(kāi)始，根據(jù)分層深度依次用垂直于 Z 軸的截平面去截曲面型腔，形成一系列 封閉的截交線，當(dāng)沒(méi)有截交線時(shí)，即終止分層切削掃描； 在每一截平面內(nèi)按平面型腔的行切或環(huán)切加工方式確定每一層的刀具軌跡； 如果曲面型腔帶島嶼，不宜采用螺旋線或斜線進(jìn)刀，則需要預(yù)先鉆一個(gè)工藝孔，作為截平面銑削的起刀位置。工藝孔一般選在型腔最深的位置。 粗銑型腔加工的操作順序是：先鉆工藝孔，然后分層銑削，直到銑削完最后一層。 （ 2）具備型腔基本型的曲面型腔粗加工 當(dāng)型面加工余量較大時(shí)，宜采用上述垂直于 Z坐標(biāo)的截平面法，用環(huán)切加工方式走刀，一般走一條最多二條刀具軌跡即可，且無(wú)需鉆工藝孔； 當(dāng)型面加工余量較小時(shí)，可直 接采用型腔精加工方法。 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 27 頁(yè) 共 47 頁(yè) 、曲面型腔精加工 曲面型腔精加工的主要方法有截平面法和投影法，但從本質(zhì)上講，曲面型腔型面精加工刀具軌跡的計(jì)算可以歸結(jié)為組合曲面、裁剪曲面、曲面交線區(qū)域、曲面間過(guò)渡區(qū)域以及復(fù)雜曲面等加工特征刀具軌跡的計(jì)算和編輯。曲面型腔型面的精加工一般采用球形刀，對(duì)于一些特殊的型腔，平底刀也有一定的應(yīng)用。 、復(fù)雜多曲面加工刀具軌跡生成 復(fù)雜多曲面是指多張曲面之間的連接關(guān)系復(fù)雜，曲面與曲面之間可以是切矢連續(xù)，也可以是位置連續(xù)甚至可以有微小的縫隙或重疊。 復(fù)雜曲面在工業(yè)中十分普遍，一方面表現(xiàn)為某些曲面經(jīng)過(guò) 若干次裁剪、拼接和過(guò)渡處理之后，最終成為復(fù)雜多曲面，甚至由于 CAD 系統(tǒng)的曲面造型功能不完善，曲面片與曲面片之間有微小縫隙。另一方面表現(xiàn)在零件設(shè)計(jì)上，有的零件表面往往由多張不規(guī)則曲面片構(gòu)成，曲面片之間一般沒(méi)有嚴(yán)格的幾何連續(xù)性要求。復(fù)雜多曲面數(shù)控加工刀具軌跡的計(jì)算功能降低了 CAD/CAM 系統(tǒng)對(duì)曲面設(shè)計(jì)能力的要求，是工程中應(yīng)用的需要。而且復(fù)雜多曲面的連續(xù)加工能力對(duì)于一個(gè)曲面數(shù)控加工編程系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是十分重要的。 復(fù)雜多曲面刀具軌跡的計(jì)算常用的一種處理方法是：先將多張曲面逼近表示成一張曲面，一般用小三角片逼近表示，然后 采用多面體曲面加工刀具軌跡計(jì)算方法或離散刀具軌跡計(jì)算方法生成逼近曲面加工的刀具軌跡。對(duì)于各曲面片之間有縫隙或重疊的情形，多張曲面的整體逼近表示有困難。復(fù)雜多曲面加工刀具軌跡的計(jì)算的另一種方法是截平面法回投影法。 、多坐標(biāo)端銑數(shù)控加工刀位計(jì)算方法 、球形刀端銑數(shù)控加工基本原理 采用球形刀端銑加工三維曲面，只要使球形刀的球心位于所加工表面的等距面上，不論刀具路線及刀軸方向如何安排，均能銑削出所要求的曲面形狀。球形刀端銑加工三維曲面，刀心約束在加工曲面的的等距面上，刀軸方向則可以根據(jù)曲面形狀和約束面的形狀和位置改變，這就是說(shuō)，可以采用三坐標(biāo)、四坐標(biāo)或五坐標(biāo)進(jìn)行加工。 、球形刀三坐標(biāo)曲面加工刀位計(jì)算方法 、基本原理 球形刀三坐標(biāo)端銑數(shù)控加工，要求刀軸方向始終保持不變，并與機(jī)床主軸方向一致，這就要求加工表面在刀軸方向上單調(diào)。 由于三坐標(biāo)加工刀軸方向不能改變，因而刀刃上的切觸點(diǎn)隨加工表面在 Z 方向上坡度的不同而變化。一般來(lái)說(shuō)，加工表面與 Z軸的夾角隨曲面上的加工位置的不同而不斷變化， 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 28 頁(yè) 共 47 頁(yè) 這有利于提高球形刀的壽命。球形刀三坐標(biāo)加工的缺點(diǎn)是切削速度隨刀刃上切觸點(diǎn)位置的不同而變化，球形刀端點(diǎn)與加工表面切觸時(shí)切削速度為零，切削性能較差。 因此，采用球形刀加工較平坦的曲面時(shí)，將加工曲面的平坦方向與 XOY平面傾斜一定的角度對(duì)加工速度和加工表面質(zhì)量是有益的，當(dāng)然應(yīng)保證加工曲面在 Z 坐標(biāo)方向上單調(diào)。 、刀位計(jì)算方法 球形刀三坐標(biāo)加工的刀位指的是刀心，其刀軸矢量為（ 0， 0， 1）是固定不變的。球形刀銑削加工表面上任一點(diǎn) P 的刀心計(jì)算公式為： nrr RPC ??0 寫(xiě)成分量形式為： ???????????zPCyPCxPCRnzzRnyyRnxx000 、加工誤差分析及補(bǔ)償方法 數(shù)控加工中引起加工誤差的因素，有機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精 度誤差，刀具的尺寸誤差，機(jī)床、刀具及零件的熱變形和彈性變形誤差，還有編程中的計(jì)算誤差及加工方法引起的誤差等，這里只討論加工方法引起的誤差。 （ 1）加工誤差分析 當(dāng)球形刀的刀心沿加工表面的等距面上某一曲線作直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)，加工表面與刀具之間的局部幾何關(guān)系近似如下圖所示。 設(shè) fk 為加工表面在插補(bǔ)段內(nèi)沿進(jìn)給方向的法曲率， ? 為插補(bǔ)段內(nèi)加工表面法向矢量沿插補(bǔ)直線方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角。假定半徑為 R 的球形刀的刀心從 0C 點(diǎn)沿直線走到 1C 點(diǎn)，則刀具切入曲面的深度 ? 為： nt ??? ?? 式中： n? 是加工表面法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)引起的加工誤差，稱(chēng)為法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)誤差； t? 是直線逼近誤差。 有上圖所示的幾何關(guān)系可得： ? ? 2222 8181422 sRkRRRRfn ?????? ???? s i nc os 即： ? ?2281 sRkfn ??? 始終， s? —— 加工表面在插補(bǔ)段內(nèi)的弧長(zhǎng)。 中國(guó)最龐大的下載資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 第 29 頁(yè) 共 47 頁(yè) ? ? 281814422122sksss ft ???????????? ??? ?????? s i nc o sc o ss i n 即： ? ?281 skft ??? 所以： ? ? ? ?2228181 sRksk ffnt ?????? ??? 用弦長(zhǎng) L 代替弧長(zhǎng)，可得： 222 8181 LRkLkffnt ???? ??? 由上述推導(dǎo)可以得到如下結(jié)論： 插補(bǔ)段內(nèi)最大加工誤差發(fā)生在中點(diǎn)附近；加工誤差包括直線逼近誤差和法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)誤差，且與插補(bǔ)段長(zhǎng)度 L 的平方