基于cimatron 的复杂曲面数控加工研究

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1、基于Cimatron的复杂曲面数控加工研究

2、第1内容加载中...复杂曲面的反向工程技术在航空、汽车、造船、模具、玩具及制鞋工业等领域得到了广泛的应用。反向工程的概念是针对传统的正向工程提出来的，是指对存在的复杂实物模型或零件进行高精度的数字化测量，对重构出CAD模型进行计算机辅助分析（CAE），通过CAM系统产生加工的数控代码加工出产品，对加工出的产品进行检验、修改和创新，如果不满意则要重新进行再设计和再加工、检验，直到满意为止的过程。所以说数控加工编程是复杂曲面反向工程中的一个重要环节，数控加工编程中切削用量

3、、加工余量、走刀方式、进退刀方式、编程零点和加工坐标系确定等方面的因数都影响着在加工中能否有较好的切削加工效率、成型质量和加工粗糙度，这些也关系着反向工程的整体性能。本文在Cimatron软件CAD/CAM集成环境基础上，对反向工程中重构出的复杂曲面CAD模型进行数控加工编程，给出了一种加工效率高、成型质量好的数控加工方法。1复杂曲面数控加工工艺分析复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。我国传统的方法是采用精密铸造，可想而知其精度是较低的。数控机床的出现，特别是加工中心的出现，复杂曲面的加工才可以通过

4、数控编程来实现。加工复杂型面一般采用球头铣刀数控铣削，程序给出的加工轨迹是刀头球心的运动轨迹。1.1数控加工曲面的方法加工中心对复杂曲面的连续铣削加工，有行切法、环切法、层切法、等深法等几种加工方法，本文主要用到行切法和层切法两种。行切法是指刀具与加工工件轮廓的切点轨迹呈行，其行间距按零件加工精度的要求确定。行切法具有编程简单和切削效率高的优点，但由于刀具在行切平面内运动，且曲面的曲率不同和定位等原因，会导致行间的残留高度相差较大，因此常用于粗加工。当被加工工件的毛坯余量过大或加工时受到装夹与刀具长度的限制时，

5、应采用分层加工方法进行加工，即将余量从上到下一层一层地去切除，这种方法称为层切法。层切法加工是在等高面上切除加工余量，其实质是一种二轴半的分层处理加工方法。在层切法加工过程中，走刀轨迹被限制在二维平面中，方便了刀具轨迹的优化，空刀现象大大减少，切削效率高。因此，层切法是一种高效的粗加工方法。1.2切削用量的确定切削用量主要包括主轴转速和加工步长。对于不同的加工方法，需要合理选用不同的切削用量。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，在保证加工质

6、量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。用三坐标加工中心铣削曲面时，在机床和刀具允许的范围内，主轴转速尽量选高些，以提高加工效率。加工步长是构成曲面刀具轨迹的一个重要参数，它的确定是刀具轨迹生成的关键，加工步长小，则刀具轨迹线上刀位数据的密度大，零件程序膨胀，编程效率低。本文在加工形状复杂的曲面时采用残留刀痕高度法来确定加工步长。残留高度是指沿加工表面的法向矢量方向，两相邻切削行之间的波峰与波谷的高度差，如图1所示。以球头铣刀加工凸曲面来讨论它们之间的关系。在图1中，AB=2a（刀具中心间的距离），PE=h

7、（残留刀痕高度），p为曲率半径，o为曲率中心，r为刀具半径。当曲线弧CD的弧长很小时，可以把其近似认为是以p为半径的一段圆弧，根据高等数学的知识可得残留刀痕高度h和加工步长的关系为所以可以通过残留刀痕高度h的值，来控制加工步长，以此来确保工件的加工精度。1.3加工余量的确定加工余量的大小，对零件的加工质量和生产率及经济性均有较大的影响。余量过小，会因工件不可避免的安装误差而导致工件加工余量欠缺，从而产生废品。若加工余量过大，不仅增加材料、动力、刀具和工时的消耗，而且也提高了成本。所以确定加工余量的基本原则是在保

8、证质量的前提下尽量减小加工余量。目前，普通零件加工余量的确定是靠经验或查阅有关加工余量的表格，但对复杂型面的加工，可查的资料很少，主要还是根据零件的具体情况和经验来确定。1.4走刀方式与切削方向走刀方式与切削方向选择是否合理，将影响零件的加工精度和生产成本。其选择原则为：根据被加工零件表面的几何形状，在保证加工精度的前提下，使切削加工时间尽可能短，且在切削加工过程中，刀具受力平稳。在三维曲面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中，可采用如下三种走刀方式：往复型走刀方式、单方向走刀方式、环切走刀方式。1.5进退刀方式进

9、刀方式是指加工工件前，刀具接近工件表面的运动方式。退刀方式是指工件加工结束后，刀具离开工件表面的运动方式。加工精度要求较高的曲面，应选择沿曲面的切矢方向或沿圆弧方向的进刀、退刀方式，这样不会在工件的进刀或退刀处留下驻刀痕迹。1.6编程零点与工件坐标系编程零点是切削加工的参考点，以该点为原点且平行于机床各移动坐标轴X、Y、Z可建立一个工件坐标系，作为数控编程的参考坐标系。编程零点的选择原