基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法--《中国机械工程》2017年22期
基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法
【摘要】：针对环形刀五轴加工自由曲面的残留误差问题,在传统等残留高度算法的基础上,提出了一种基于定向距离理论的等最大残留高度刀具轨迹规划算法。首先根据微分几何理论计算已知刀触点的初始侧向行距,并在侧向行距方向进行偏置得到相邻刀触点;然后以基于定向距离理论的残高误差计算模型对相邻刀触点间的实际残高值进行计算;最后通过迭代计算规划出等最大残留高度的相邻刀具轨迹。如此循环,从而获得整个曲面的刀具轨迹。实验结果表明,相对于商用软件MasterCAM9.0,该算法在充分保证曲面加工质量的同时最大限度地减小了刀具轨迹的总长度,从而提高了加工效率。
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：TG659
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资源描述：
第1 章 Mastercam 基本操作 31 出最佳的加工边界曲线。 （ 6 ）构建刀具路径限制边界。对于规划的加工区域， 需要使用边界来限制加工范围 的，先构建出边界曲线。 4 ．加工参数设置 参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它 构成了利用 CAD/CAM 软件进行 NC 编程的主要操作内容，直接影响 NC 程序的生成质量。参数设置的内容较多，其中：Mastercam 数控加工实例教程 32（ 1 ）切削方式设置用于指定刀轨的类型及相关参数。（ 2 ）加工对象设置是指用户通过交互手段选择被加工 的几何体或其中的加工分区、 毛坯、避让区域等。 （ 3 ） 刀 具 及 机 械 参 数 设 置 是 针 对 每一 个 加 工 工 序 选 择 适 合 的 加 工 刀 具 并 在 CAD/CAM 软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、 切削液控制等。 （4 ）加工程序参数设置包括对进退刀位置及方式、切 削用量、行间距、加工余量、 安全高度等。这是 CAM 软件参数设置中最主要的一部分内容。 5 ．生成刀具路径 在完成参数设置后，即可将设置结果提交给 CAD/CAM 系统进行刀轨的计算。这一过 第 1 章 Mastercam 基本操作 33 程是由 CAD/CAM 软件自动完成的。 6．刀具路径检验 为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验， 检查有无明显刀具路径、有 无过切或者加工不到位，同时检查是否会发生与工件及夹 具的干涉。校验的方式有： （ 1 ）直接查看。通过对视角的转换、旋转、放大、平 移直接查看生成的刀具路径， 适于观察其切削范围有无越界及有无明显异常的刀具轨迹。 （ 2 ）手工检查。对刀具轨迹进行逐步观察。 （ 3 ）实体模拟切削，进行仿真加工。直接在计算机屏 幕上观察加工效果，这个加工过程与实际机床加工十分类似。 对检查中发现问题的程序，应调整参数设置重新进行计算， 再作检验。 7 ．后处理 后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算 出的刀轨（刀位运动轨迹） 以规定的标准格式转化为 NC 代码并输出保存。 在后处理生成数控程序之后，还需要检查这个程序文件， 特别对程序头及程序尾部分 的语句进行检查，如有必要可以修改。这个文件可以通过 传输软件传输到数控机床的控制 器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。 个人观点：在上述过程中，编程人员的工作主要集中 在加工工艺分析和规划、参数设臵这两个阶段，其中工艺分析和规划决定了刀轨的 质量，参数设臵则构成 了软件操作的主体。 1.8.2 数控加工刀具选择 在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、 加工表面质量的优劣和加工 效率的高低。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将 可以使数控加工以最低的加工成 本、最短的加工时间达到最佳的加工质量。 模具数控加工中使用的刀具种类很多，下面对常用刀具的 性能及选用加以介绍。 1 ．刀具形状选择 加工中心上用的立铣刀主要有3 种形式：球头刀（ R=D/2 ）、端铣刀（ R=0 ）和 R 刀 （ R ＜ D/2 ）（俗称“牛鼻刀”或“圆鼻刀”），其中 D 为刀具的直径， R 为刀尖圆角半 径。某些刀具还带有一定的锥度 A 。刀具形状的示意图如图 1-59 所示。Mastercam 数控加工实例教程 34 （ a ）球刀 （ b ）环形刀 （ c ）平底刀（ d ）锥形平底刀 图 1-59 刀具形状示意图 （ 1 ）平刀（平底刀、端铣刀） 粗加工和精加工时都可使用。平刀主要用于 粗加 工、平面精加工、外形精加工和清角加工。使用平刀加工 要注意由于刀尖很容易磨损，可 能影响加工精度。 （ 2 ）圆鼻刀（牛鼻刀、圆角刀） 主要用于模坯粗加工、平面精加工和侧面精 加 工，适合于加工硬度较高的材料。常用圆鼻刀圆角半径为0.2 ～ 6 。在加工时应该优先选用 圆鼻刀。 （ 3 ）球刀（球头刀、 R 刀） 主要用于曲面精加工，对平面开粗及光刀时 粗糙度 大、效率低。 以上为模具数控加工中常用的刀具，其他类型刀具使用较 少。 2 ．刀具材料选择常用刀具材料为高速钢、硬质合金。非金属材料刀具使用 较少。 （ 1 ）高速钢刀具（白钢刀） 高速钢刀具易磨损，价格便宜，常用于加工硬度较 低 的工件。 （ 2 ）硬质合金刀具（钨钢刀、合金刀） 硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于 加工硬度较高的工件，如前模、后模。硬质合金刀具需较 高转速加工，否则容易崩刀。硬 质合金刀具加工效率和质量比高速钢刀具好。 3 ．刀具结构形式选择常用硬质合金刀具有整体式和可转位式两种结构形式。 （ 1 ）整体式 铣刀的刀具整体由硬质合金材料制成，价格高，加 工效果好，多用在 光刀阶段。此类型刀具通常为小直径的平刀及球刀。 （ 2 ）可转位式 铣刀前端采用可更换的可转位刀片（舍弃式刀粒）， 刀片用螺丝固 定。刀片材料为硬质合金，表面有涂层，刀杆采用其他材 料。刀片改变安装角度后可多次 使用，刀片损坏不重磨。可转位式铣刀使用寿命长，综合 费用低。刀片形状有圆形、三角 形、方形、菱形等，圆鼻刀多采用此类型，球刀也有此类型。 4 ．加工不同形状工件的刀具选择 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相 适应。刀具直径的选用主要 取决于设备的规格和工件的加工尺寸，还需要考虑刀具所 需功率应在机床功率范围之内。 生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；加工 凸台、凹槽时，选择高速钢 立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选择镶硬质合金 刀片的玉米铣刀；对一些立体型 面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、 锥形铣刀和盘形铣刀。 平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣 刀，可转位面铣刀。一般采用二次走 刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。 选好每次走刀的宽度和铣刀的 直径，使接痕不影响精铣精度。因此，加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。精加 工时，铣刀直径要选大些，最好能够包容加工面的整个宽 度。表面要求高时，还可以选择 第 1 章 Mastercam 基本操作 35 使用具有修光效果的刀片。在实际工作中，平面的精加工， 一般用可转位密齿面铣刀，可 以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。密 布的刀齿使进给速度大大提高， 从而提高切削效率。精切平面时，可以设置 6 ～ 8 个刀齿，直径大的刀具甚至可以超过 10 个刀齿。 加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面 端部切削速度为零，而且在 走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分，每两行 刀位之间的距离越大，没有被加工去除的部分就越多，其 高度（通常称为“残余高度”） 就越大，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面 质量也就越差。加工精度要求越 高，走刀步长和切削行距越小，编程加工效率越低。因此， 应在满足加工精度要求的前提 下，尽量加大走刀步长和行距，以提高编程和加工效率。 而在 2 轴和 2.5 轴加工中，为提 高效率，应尽量采用端铣刀，由于相同的加工参数，利用 球头刀加工会留下较大的残留高 度。因此，在保证不发生干涉和工件不被过切的 前提下，无论是曲面的粗加工还是精加
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3秒自动关闭窗口黄工数控编程：Mastercam设置刀具补偿详解及用法
应该还有很多朋友不会完全使用刀补功能，到底软件里面那几种补尝方式有什么作用呢？
如果我们在程序中不用刀补，而实际加工过程中，尺寸有偏差，那就只能从软件里面调余量，然后再出程序上传机床里面。这样很麻烦。但在程序里面加上刀补，可以使我们变得非常轻松，加工尺寸不在我们公差范围内，只需要在机床刀具补尝页面调整数值（机床刀补里面４个参数的意义，在前面的文章里面已经有介绍过）。
在手工编程中，加刀补非常多。下面我们来介绍电脑编程Mastercam外形铣里面的刀补形式的几种参数用法和意义
软件补正形式有四种，分别为电脑、控制器、两者、两者相反、关。这里的两者和两者相反是因为汉化版软件翻译错误，实际上是磨损补偿和反向磨损补偿。
电脑自动计算出刀具补偿后的路径，可以不加进/退刀向量。
后处理生成NC程序后无法更改，不能随意控制产品的加工尺寸。
在计算机屏幕上可以显示出来。
生成的后处理中，带有G41/G42刀具半径补偿指令。
需要设置进/退刀向量，与直线进刀（G1指令）配合使用，直线长度不为0即可。
需要在机床刀补参数表的对应刀号内输入所用刀具的半径值，通过在该半径值的基础上加/减数值，可以随意调整尺寸来保证产品的公差。
加值，进刀。减值，让刀。如果刀具半径值输入与所用刀具不符，容易造成过切。
手工编程用控制器方式，在程序中手动加入G41/G42。
该偏移不会在计算机屏幕上显示出来。
两者（磨损）
用两者方式后处理生成的NC程序中，已经带有刀具半径补偿指令，只需在机床刀补参数表内输入加/减值，即可随意调整加工尺寸来保证产品的公差。
每次调换产品后，机床刀补参数表内刀具半径补偿要全部清零。
两者方式要与进/退刀向量中的直线进刀配合使用，没有直线进刀时，机床会报警。
加工中电脑编程常用两者功能，能有效防止输入错误半径补偿值后发生过切。
两者反向（反向磨损补偿）
有些情况（火焰割下料后，用白钢刀开粗的情况下）我们需要用到逆铣加工，而要使用电脑出程序中带G42的刀补，就选择这一项。做程序时请注意方向，是顺铣还是逆铣，G42在顺铣中使用的话，效果适得其反。
系统不会采用任何补偿模式，不会考虑刀具半径对实际加工的影响。刀具轨迹（刀具中心）沿着我们所选图素重合。适合铣面加工、密封槽加工、铣键槽等。
敬告：手动添加磨损补偿不要用在来回加工的刀路中。刀补的建立（G41、G42）和取消（G40）只能在直线插补（G0\G1）中生效，基本都是在G1里面建立的。如果在圆弧（G2\G3）里面建立或取消，系统会发出警报信息，无法执行程序。
本文里面我没有加入补正形式的各种情况刀路和后处理出NC程序截图，为的是让大家自己操作实践。只有自己做了，才能学到知识，把我所教的转化为自己的知识 。如果你通过黄工这边学到了知识，有好消息不要忘记告诉黄工一声。
关于本文，我要感谢兄弟Vincent的无私奉献，供稿给黄工，在他提供内容的基础上我再加上自己的经验以及知识完善本文，并配图加以整理编辑。
原创文章欢迎大家指点。我是黄工，黄工数控编程创始人，有什么问题欢迎留言。我微信&QQ（）
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今日搜狐热点基于MasterCAM的数控铣削加工刀具路径优化--《茂名学院学报》2009年04期
基于MasterCAM的数控铣削加工刀具路径优化
【摘要】：通过作图比较,研究了不同尺寸刀具的切削粗糙度要求对刀具轨迹的影响,又进一步通过对曲面特征细分进行研究,并举例说明了如何利用Master CAM的虚拟仿真技术和自动编程技术,以实现数控铣削加工刀具路径优化。
【作者单位】：
【分类号】：TG547
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