数控加工节点计算机辅助计算及刀尖轨迹仿真
CNC机床加工中的刀具轨迹优化与仿真研究
CNC机床加工中的刀具轨迹优化与仿真研究CNC（Computer Numerical Control，计算机数值控制）机床是一种通过计算机控制工具移动和加工工件的先进制造设备。
在CNC机床加工过程中，刀具轨迹的优化对于提高加工效率和降低成本具有重要意义。
本文将研究刀具轨迹优化与仿真在CNC机床加工中的应用，探讨其对于工件加工质量和加工效率的影响。
一、刀具轨迹优化的意义在CNC机床加工中，刀具轨迹的优化可以减少无效运动、避免碰撞和减轻切削负荷，从而优化加工过程，提高加工效率和工件质量。
刀具轨迹的优化可以通过以下几个方面进行实现：1. 切削路径优化：利用优化算法和数学模型，对切削路径进行优化，减少刀具在加工过程中的无效运动，提高加工效率。
2. 碰撞检测与避免：通过仿真软件或传感器技术对刀具轨迹进行检测和仿真，避免刀具与工件或夹具的碰撞，减少事故风险。
3. 切削力平衡：通过调整刀具轨迹，实现切削力的平衡分布，减轻切削负荷，延长刀具寿命。
二、刀具轨迹优化的方法在CNC机床加工中，有多种方法可以进行刀具轨迹优化。
以下将介绍几种常用的方法：1. 基于遗传算法的优化：遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，可以用于求解最优刀具轨迹。
通过对刀具路径进行编码和变异，不断迭代和选择，最终得到最优刀具轨迹。
2. 基于仿真的优化：仿真软件可以模拟出刀具轨迹在机床上的运动过程，通过调整切削参数和切削路径，观察加工结果，进而优化刀具轨迹。
3. 基于智能算法的优化：智能算法如人工神经网络、模糊控制等可以用于建立切削力和切削负荷的模型，通过优化算法实现最小切削力和切削负荷的刀具轨迹优化。
三、刀具轨迹优化与仿真的应用案例分析以下将通过一个实际的案例来分析刀具轨迹优化与仿真在CNC机床加工中的应用。
以零件加工为例，通过遗传算法进行刀具轨迹的优化，以求得最短的加工时间和最高的加工精度。
首先，通过对刀具路径进行编码，将每个刀具路径段用数值表示。
数控加工过程的计算机仿真
维普资讯
２０ ０２年第 ３ 期
２ ２ 嵌 的定义厦 实体数 据 的修 改 ．
处理。 功能码处理部分 ， Ｔ 主要显示当前所用的刀具 图形 ． 据指 令做相 应的动 态移动 。 Ｆ Ｓ 并根 Ｍ、 、 功能码 处理部分 ， 主要 以文 字 的形 式 来显 示 加工 中主 轴 的 转速 信息 ， 刀具 的进蛤速 度 ， 加工 过 程中的 一些 辅助
功能。
２ 动态 刀具的实现方 法
系统 对数 控程序 的处理采 用逐行 分 析、 处理 、 计 算、 仿真 的处理 方式 。 首先 打 开所生 成 的数 控加工 程 序段 ， 一行代 码读入 系统设 置 的内部缓 冲区 ， 将 对缓 冲区内的 字符 逐 一 分 析 识 别并 分解 为基 本 功 能要 素。 然后 根据基本 要 素调用 相应 的处理 程 序。 本模块 主要分 为 ３ 分 ．分 别对 Ｇ、、 Ｓ和 Ｆ 码进行处 部 Ｔ Ｍ、 代
行检验 。
文献 标识 码 ：Ａ 之后 ， 需要动态 地模 拟刀具 的走刀过 程 ， 现这 一 便 实 功能也是 本模块 的一 个 重要 内容 ， 系 统 的实 现 方 本 法是 ： 将每个刀 具在 Ａ ｔ Ａ ｕｏ Ｄ环境下绘 ｛ 出来 ， 分 Ｃ 隹 ｊ 并 别保存为 块 文 件 （Ｌ Ｃ ） 即建 立 一 个 实 体 。 ＢＯ Ｋ ， 因为 Ａｔ Ａ ｕｏ Ｄ中每 个实 体都有 自己的组码 ， 一旦生 成 ． Ｃ 块
摘
要：对所生成的数控加工程序进行仿真 ． 利用计算机图彤功能直观地显示加工走刀的动
态过 程 。
关 键词 ：仿 真 ；模 块 ；图块 中图号 ：Ｔ ６９ Ｇ ５ １ 仿真 系统的 结构 目前 ， 大多 数 已有 的仿真 系统 是利 用 刀 位数 据 来驱 动的 。 用数控 程序直接 驱 动仿真 系统 ， 虑了 利 考 加工环境 因 素 ， 比刀位 数 据仿 真 更 接 近 于 实 际 。 Ｃ Ｎ 程序是 一组 指令集 ， 包含有 大量 的信息 ， 它 分离 出有 用信 息 ， 动仿真 系统 便可 以对 Ｎ 驱 Ｃ程序 的正确性 进
数控车床仿真操作方法
数控车床仿真操作方法数控车床（Computer Numerical Control Lathe）是一种通过预先编程的方式实现自动加工的机床。
该机床主要通过计算机软件控制其操作，具有高效、精确和灵活的特点。
在进行数控车床的仿真操作时，需要考虑以下几个步骤：1. 准备工作在进行数控车床的仿真操作之前，首先需要进行一些准备工作。
这包括选择合适的数控车床设备和编程软件，并安装好相应的驱动程序。
同时，还需要准备好待加工的工件和刀具。
2. 编程数控车床的操作是通过预先编程实现的。
在进行仿真操作之前，需要使用编程软件进行程序编写。
编程的过程主要包括确定加工轨迹、选择刀具和切削参数，并设置相应的加工指令。
3. 载入工件和刀具数据完成编程后，需要将工件和刀具的数据导入到仿真软件中。
这些数据包括工件的尺寸、形状和材料特性，以及刀具的参数和切削条件等。
通过导入这些数据，可以在仿真软件中模拟出真实的加工环境。
4. 进行仿真操作在进行仿真操作时，首先需要选择合适的仿真模式，如运动仿真、切削仿真或加工过程仿真等。
通过选择不同的仿真模式，可以观察到不同的加工效果和过程。
在仿真操作中，可以通过改变工件和刀具的数据来模拟不同的加工条件。
例如，改变工件的形状和尺寸，可以观察到不同的切削效果；改变刀具的参数和切削条件，可以观察到不同的切削力和切削温度等。
同时，还可以通过改变加工指令来模拟不同的加工过程。
例如，改变进给速度和主轴转速等，可以观察到不同的切削速度和加工效率。
通过这些操作，可以对加工过程进行优化和调整，以达到更好的加工效果和加工质量。
5. 分析和评估在进行仿真操作的同时，还可以对加工过程进行分析和评估。
通过仿真软件提供的数据和结果，可以进行加工力分析、刀具磨损分析和工件表面质量评估等。
通过这些分析和评估，可以得出加工过程的优缺点，并为进一步的改进提供参考。
总。
基于Windows的数控加工刀具轨迹仿真
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加 工 信 息 主 要 包 括 Ｇ 能 代 码 和 尺 寸 字 功
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床 加 工 零件 ． 加 工 前 一 般 要 进 行 数 参 数 选 择 是 否合 理 ．是 否 存 在 过 切 、
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本文分别对数控铣 削ＮＣ 文件进行刀具轨迹仿真
为 （ 图３ 如 所示 ） 和对数控车 削ＮＣ 文件进行 刀具轨迹包
所 络 面仿 真 （ 图４ 示 １ 如 所 。
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并 且 可 视 化 效 果 好 ， 数 控 编 程 人 员 叮 从 多 角度 、
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数控 查削 刀 具轨 迹包 络面 与 传统 的二 维 刀具 中的（ｈ ＞ｈ 改为（ｈ ＜ｈ ） ｔＯ ｔ １） ｔＯ ｔ １ 即可。 工ＹＺ Ｘ平 加 、Ｚ 轨 迹仿 真 相 比可 以更为 直 观地 校 验ＮＣ代码 的 正 面 内 圆 弧与 上 述 情况相 类 似 。 确性 四．数控加工刀具 轨迹仿真的实现 刀具轨迹仿真就是对 数控加工程序进行翻译， 将 刀尖所 走过轨迹 上的关键点的坐标值存储在一定
刀位轨迹仿真法
刀位轨迹仿真法一般在后置处理之前进行。
通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确，加工过程中是否发生过切，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀位轨迹是否正确，刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。
这种仿真一般可以采用动画显示的方法，效果逼真。
由于该方法是在后置处理之前进行刀位轨迹仿真，可以脱离具体的数控系统环境进行。
刀位轨迹仿真法是目前比较成熟有效的仿真方法，应用比较普遍。
主要有刀具轨迹显示验证、截面法验证和数值验证三种方式。
刀具轨迹显示验证刀具轨迹显示验证的基本方法是：当待加工零件的刀具轨迹计算完成以后，将刀具轨迹在图形显示器上显示出来，从而判断刀具轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确。
下图是采用球形棒铣刀五坐标侧铣图加工透平压缩机叶轮叶片型面的显示验证图，从图中可看出刀具轨迹与叶型的相对位置是合理的。
刀具轨迹截面法验证截面法验证是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上的刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图显示在屏幕上，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程中是否存在过切。
截面法验证主要应用于侧铣加工、型腔加工及通道加工的刀具轨迹验证。
截面形式有横截面、纵截面及曲截面等三种方法。
采用横截面方式时，构造一个与走刀路线上刀具的刀轴方向大致垂直的平面，然后用该平面去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从而得到一张所选刀位点上刀具与加工表面及其约束面的截面图。
该截面图能反映出加工过程中刀杆与加工表面及其约束面的接触情况。
下图是采用二坐标端铣加工型腔及二坐标侧铣加工轮廓时的横截面验证图。
纵截面验证不仅可以得到一张反映刀杆与加工表面、刀尖与导动面的接触情况的定性验证图，还可以得到一个定量的干涉分析结果表。
如图所示，在用球形刀加工自由曲面时，若选择的刀具半径大于曲面的最小曲率半径，则可能出现过切干涉或加工不到位。
刀具轨迹数值验证刀具轨迹数值验证也称为距离验证，是一种刀具轨迹的定量验证方法。
CNC机床加工中的加工过程模拟与仿真
CNC机床加工中的加工过程模拟与仿真在现代制造领域，CNC（Computer Numerical Control）机床已成为一种不可或缺的工具。
CNC机床利用计算机技术和数控系统，能够进行高精度、高效率的加工。
然而，在进行实际加工前，对加工过程进行模拟与仿真是必不可少的。
加工过程模拟与仿真是指通过计算机模拟与仿真技术，对CNC机床进行虚拟加工过程的预测和分析。
它能够帮助工程师在实际加工之前，通过计算机软件模拟机床的运转情况，预测加工结果，并进行相关优化。
首先，加工过程模拟与仿真可以帮助工程师在加工前对所选用的刀具、夹具和工艺参数进行验证。
通过模拟实际加工过程，工程师可以观察到是否存在刀具干涉、刀具与工件间的碰撞等问题。
这有助于避免在实际加工中可能出现的错误和事故，并提前进行调整和优化。
其次，加工过程模拟与仿真可以提供加工效率的预测与评估。
通过模拟虚拟加工过程，工程师可以测量加工时间、切削力、刀具磨损等参数，进而预测加工效率。
这对于制定生产计划、安排生产资源以及提高生产效率都具有重要意义。
此外，加工过程模拟与仿真还可以进行刀具与工件材料的切削耐久性分析。
在模拟加工过程中，使用特定的仿真软件和材料模型，可以模拟实际切削条件下刀具与工件材料之间的摩擦、磨损和热变形等现象。
这对于选择合适的刀具材料、优化刀具几何形状以及改善切削工艺具有重要意义。
另外，加工过程模拟与仿真在教育和培训领域也扮演了重要的角色。
通过虚拟加工仿真软件，学生和新进员工可以在模拟环境中进行虚拟加工实验和练习，获得更多实践经验。
这有助于提高他们的操作技能、加工思维和问题解决能力。
综上所述，加工过程模拟与仿真在CNC机床加工中具有重要的意义。
它能够帮助工程师在加工前验证刀具、夹具和工艺参数，提前预测和优化加工结果。
同时，它也能够预测加工效率、分析切削耐久性，并在教育和培训中发挥作用。
随着计算机技术的进一步发展，加工过程模拟与仿真将会在CNC机床加工领域发挥更大的作用，为制造业的发展带来更多的便利与创新。
数控加工仿真的主要内容
数控加工仿真的主要内容数控加工仿真是一种利用计算机数学模型和仿真技术对数控加工过程进行模拟和预测的方法。
它是数控加工技术发展的重要分支，可以有效提高数控加工的精度和效率，并降低加工成本。
数控加工仿真的主要内容包括数控加工过程模拟、工件设计和路径规划、刀具路径优化和工艺参数仿真等方面。
1.数控加工过程模拟：数控加工仿真首先需要对数控机床进行建模，包括机床结构、主要部件和运动系统等。
然后根据加工工艺和机床参数，进行数控编程和仿真，模拟整个加工过程，包括起刀、切削、加工和退刀等过程。
通过模拟，可以预测和分析加工过程中的振动、变形、加热等问题，从而提前进行优化和改进。
2.工件设计和路径规划：数控加工仿真需要对需要加工的工件进行建模和设计。
通过计算机辅助设计软件，可以将产品的三维模型导入到仿真软件中，然后根据加工工艺和机床参数，进行路径规划和仿真。
路径规划主要包括刀具轨迹的确定、切削方向选择和切削顺序安排等，以保证加工过程的稳定性和准确性。
3.刀具路径优化：数控加工仿真可以通过对刀具路径进行优化，提高加工效率和质量。
通过刀具路径优化算法，可以在不影响工件表面质量和加工精度的前提下，减少切削轨迹的长度和切削时间，从而提高加工效率。
刀具路径优化还可以考虑刀具磨损、刀具寿命和切削力等因素，以实现更稳定和经济的加工过程。
4.工艺参数仿真：数控加工仿真可以对加工过程中的工艺参数进行仿真和优化。
通过对切削速度、进给速度、切削深度、切削角度等参数进行调整和仿真，可以预测和分析加工过程中的切削力、切削温度和切削载荷等关键参数，从而提前进行调整和优化。
工艺参数仿真可以帮助制定合理的工艺方案，提高加工质量和效率。
5.加工过程监测和控制：数控加工仿真还可以进行加工过程的实时监测和控制。
通过对加工过程中的切削力、振动和温度等参数进行实时采集和分析，可以进行加工过程控制，及时调整刀具路径和工艺参数，以保证加工过程的稳定性和一致性。
CNC机床加工中的编程与仿真技术
CNC机床加工中的编程与仿真技术CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）机床是一种高精度、高效率的现代化加工设备，广泛应用于制造业的各个领域。
在CNC机床的操作中，编程和仿真技术起着重要的作用。
本文将介绍CNC机床加工中的编程与仿真技术，并探讨其对加工效率和精度的影响。
一、CNC机床编程技术CNC机床编程是指将所需加工的产品信息转化为机床控制系统所能识别的指令代码。
编程技术的准确性和高效性直接关系到产品的加工质量和生产效率。
1.1 G代码和M代码G代码是CNC机床中最基本的指令代码，用于控制机床的运动、速度和加工方式等。
例如，G01表示线性插补，G02表示圆弧插补等。
M代码是用于机床辅助功能的指令代码，如启动切削液、换刀等。
编程人员应熟悉各种G代码和M代码的含义和使用方法，以确保编写出正确的加工程序。
1.2 CAD/CAM软件CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）和CAM （Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）软件在CNC机床编程中起到至关重要的作用。
CAD软件用于设计产品的三维模型，并生成产品图纸。
CAM软件则根据CAD软件生成的产品模型和图纸，自动生成相应的加工程序。
CAD/CAM软件的应用大大提高了编程的效率和准确性。
1.3 自动编程技术自动编程技术是CNC机床编程的一项重要发展。
它通过将产品设计数据直接导入到机床控制系统中，实现自动的加工程序生成。
自动编程技术大幅缩短了编程的时间，同时减少了人为编程错误的可能性。
二、CNC机床仿真技术CNC机床仿真技术是指在实际加工之前，使用计算机模拟仿真的方法，验证并优化加工程序，以提高加工效率和保证加工质量。
仿真技术在CNC机床加工中具有重要的作用。
2.1 刀具路径仿真刀具路径仿真是CNC机床加工仿真的基本内容之一。
通过将刀具路径导入仿真软件中，可以实时模拟和显示加工过程，包括切削路径、切削深度等。
项目二数控车床基本操作计算机仿真
张家港开放大学
2.加工的暂停与停止
数控程序在执行的过程中可以根据需要暂停、停 止或急停。 1）暂停。在加工的过程中点击进给保持“ ” 按钮，程序停止运行，再次点击循环启动“ ” 按钮，程序从暂停位置开始执行。 2）停止。在加工的过程中点击停止“ ”按钮， 程序停止运行，再次点击循环启动“ ”按钮， 程序从开始位置执行。 3）急停。在加工的过程中按下急停“ ”按钮， 机床的所有动作将停止，再次加工时，机床需 要进行回参考点操作。
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3.单段加工
1）点击操作面板上的自动“ ”按钮，自动状 态指示灯变亮，系统进入到自动加工状态。 2）点击程序“ ”按钮，在MDI键盘上输入 “Oxxxx”（xxxx为所要运行的数控程序号）， 按“ ”开始搜索，找到后，程序显示在 CRT界面上。 3）点击操作面板上的单段执行“ ”按钮，单段 执行指示灯变亮，系统进入到单段加工状态。 4）依次点击循环启动“ ”按钮，系统将一行 一行地顺序执行加工程序。
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二、自动加工
1.自动连续加工 1）点击操作面板上的自动“ ”按钮，自动状 态指示灯变亮，系统进入到自动加工状态。 2）点击程序“ ”按钮，在MDI键盘上输入 “Oxxxx”（xxxx为所要运行的数控程序号）， 按“ ”开始搜索，找到后，程序显示在CRT 界面上。 3）点击循环启动“ ”按钮，即可进行加工。
张家港开放ห้องสมุดไป่ตู้学
对下述程序进行操作练习
O0001； T0101； M03 S600 G97 G21 G99； G00 X90.0 Z2.0； G71 P100 Q200 U0.5 W0 F0.3； N100 G01 X76.0 F0.1； Z0； X80 Z-2.0； N200 Z-50.0； M03 S1000 F0.1； G70 P100 Q200； G00 X150.0 Z50.0； M05； M30；
计算机辅助数控程序编制与仿真
图1.4 半闭环控制系统框图
数控机床实例：
数控机床演示
图1-5 数控洗床
闭环控制数控机床（见图1-3） 半闭环控制数控机床（见图1-4）
伺服驱动系统：伺服驱动电路+伺服驱动装置 伺服驱动装置：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。
二. 数控机床的组成及工作原理
如图所示,数控机床主要由CNC数控系统和机床主体组成。
图1.1 数控机床的基本组成
1. 程序编制及程序载体： 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。程序载体有 穿孔纸带、磁带、软磁盘、硬磁盘、光盘等。
步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的工作原理：
5. 检测装置：
检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成 部分,其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测,将检测结果 转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统,实现闭环或半闭环 控制。 6. 机床主体： 数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件, 用于完成各种切削加工。 7. 辅助装置： 数控机床在实现整机的全自动化控制中，为了提高生产率、加 工精度等，还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换 刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。
输入
速度检测元件 速度反馈 位置反馈 转角检测元件
数控仿真操作步骤
数控仿真操作步骤数控仿真操作步骤一、基本操作部分1、选择机床：机床→选择机床→控制系统（FANUC）→（FANUC 0I）→机床类型（车床）2、开机：按启动按钮→（相关指示灯亮）→大红按钮→注意屏幕显示3、回参考点：按（回原点）→按Z→按+→Z轴回参考点；按X→按+→X轴回参考点；注意屏幕显示4、程序输入：按（编辑）→（PROG）键→屏幕进入编程状态→输入程序；输入O1111（文件名）→按（INSERT）键→按（；）按（INSERT）键→依次输入每一个程序段→按（；）按（INSERT）键→删除输入域中的数据按（Backspace）键删除字符按（DELETE）键5、图形显示：选中所需程序，将光标移至程序头→按（自动运行）→按（CUSTCM GRAPH）→按→选择合适的显示平面→选择合适的放大和缩小比例→选择移动标二、选择刀具（根据图纸选择所需刀具）刀具类型刀片刀尖角度刃长刀尖半径刀柄主偏角度最小直径T0101 外圆车刀35°35160.8外圆右向横柄93──T0202 内孔镗刀55°55110.4内孔柄93、60、19（编号121）槽刀槽刀第二行倒数第二把宽度刀尖半径切槽深度加工深度最小直径外槽刀根据图纸上槽的尺寸定槽刀0 应大于图纸上计算得到的槽深──内槽刀0 20成型槽刀第二行倒数第一把外槽刀2螺纹刀第一行最后一刀尖角度刃长刀尖半径刀柄加工深度最小直径把外圆螺纹刀60110 外螺纹内孔螺纹刀6070内螺纹柄20三、编写程序1、零件的每一边写在一个程序内，一共两个程序（O0001、O0002）2、编程顺序：每一边都是从外到内编写，先轮廓、再槽、再螺纹3、程序中的刀号要与上述所选刀具号一至4、程序中除了G73 U10. R10中的R不加点外，X、Y、Z、R、U、W字母后面都要加点5、一般情况中编制加工轨迹时直径方向用X表示，其值为正。
轴线方向用Z 表示，其值为负。
四、检查程序1、通过查看轨迹检查程序是否正确2、检查中出现的问题要学会查找，并修改3、修改完成后，按‘RESET’复位键，再从新轨迹检查4、一定要检查清楚，要保证轨迹正确才能做下一步的工作。
刀具轨迹仿真课程设计
刀具轨迹仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握刀具轨迹仿真的基本概念，包括刀具运动轨迹、加工参数及其对加工质量的影响。
2. 学生能够运用相关公式和图表，分析并计算刀具轨迹的基本参数，如速度、加速度、切削力等。
3. 学生能够结合实际案例，识别并解释不同加工策略对刀具轨迹及加工效率的影响。
技能目标：1. 学生能够操作相关计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）软件，进行刀具轨迹的仿真与优化。
2. 学生能够运用所学知识，针对具体工件加工需求，设计合理的刀具轨迹方案，并评估其加工效果。
3. 学生能够通过小组合作，进行问题分析、方案设计、结果评估等实践活动，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到刀具轨迹仿真在机械加工领域的重要作用，增强对现代制造技术的兴趣和认识。
2. 学生在课程学习中，培养勇于探究、积极思考的学习态度，形成自主学习和持续发展的习惯。
3. 学生能够关注刀具轨迹仿真技术在工程实际中的应用，提高工程意识和社会责任感。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 刀具轨迹仿真基本概念：讲解刀具轨迹、加工参数、加工质量等基本概念，使学生了解刀具轨迹仿真的基本原理。
2. 刀具轨迹参数计算：介绍速度、加速度、切削力等参数的计算方法，分析各参数对加工过程的影响。
3. CAD/CAM软件操作：教授学生如何使用CAD/CAM软件进行刀具轨迹的仿真与优化，培养学生实际操作能力。
4. 刀具轨迹设计与评估：结合实际案例，指导学生设计合理的刀具轨迹方案，并评估其加工效果。
5. 加工策略分析：分析不同加工策略对刀具轨迹及加工效率的影响，使学生能够根据实际需求选择合适的加工策略。
6. 小组实践活动：组织学生进行小组合作，完成问题分析、方案设计、结果评估等实践活动，提高学生的团队协作能力。
教学内容依据以下教材章节进行组织：1. 《机械加工基础》第三章：刀具轨迹基本概念及参数计算。
提高数控加工仿真速度和效果的关键技术
提高数控加工仿真速度和效果的关键技术数控加工仿真是制造业中非常重要的一环，它能够帮助工程师们在设计和制造产品时提前发现潜在的问题，并对加工路径进行优化，从而提高生产效率和质量。
由于数控加工仿真涉及到大量的计算和数据处理，因此速度和效果往往成为制约其应用的关键技术。
本文将从几个关键技术的角度来探讨如何提高数控加工仿真的速度和效果。
一、建模和刀轨生成算法的优化数控加工仿真的速度和效果与建模和刀轨生成算法密切相关。
在进行数控加工仿真时，首先需要对待加工零件进行建模，然后生成零件的切削刀具轨迹。
建模和刀轨生成算法的优化对于加快仿真速度至关重要。
在建模方面，传统的零件建模方法往往需要大量的计算资源和时间，而对于一些复杂的曲面零件，传统的建模方法更是难以满足实时仿真的需求。
研究人员提出了一些基于参数化建模和特征识别的方法，通过提取零件的特征来简化建模过程，从而减少建模的时间和计算量，并且方便进行后续的刀轨生成和碰撞检测。
刀轨生成算法的优化也是提高数控加工仿真速度和效果的关键技术之一。
在传统的刀轨生成算法中，往往会出现切削路径不连续、碰撞检测困难等问题，导致仿真时间过长和结果不精确。
研究人员不断探索新的刀轨生成算法，例如光滑刀轨生成算法、局部优化刀轨生成算法等，以提高仿真的精度和速度。
二、碰撞检测和切削力分析技术的突破在数控加工仿真中，碰撞检测和切削力分析是非常重要的环节，它们直接影响仿真的效果和速度。
传统的碰撞检测算法往往需要进行大量的遍历和计算，导致仿真时间较长，同时由于切削力模型的复杂性，切削力分析也往往需要大量的计算资源。
为了提高碰撞检测的速度和精度，研究人员提出了一些基于GPU加速的碰撞检测算法，利用GPU并行计算的能力来加速碰撞检测的过程，从而大大提高了碰撞检测的速度。
基于机器学习的碰撞检测算法也逐渐受到重视，通过训练模型来提高碰撞检测的准确性和速度。
切削力分析技术的突破也是提高数控加工仿真效果的关键技术之一。
刀位轨迹仿真法
刀位轨迹仿真法一般在后置处理之前进行。
通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确，加工过程中是否发生过切，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀位轨迹是否正确，刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。
这种仿真一般可以采用动画显示的方法，效果逼真。
由于该方法是在后置处理之前进行刀位轨迹仿真，可以脱离具体的数控系统环境进行。
刀位轨迹仿真法是目前比较成熟有效的仿真方法，应用比较普遍。
主要有刀具轨迹显示验证、截面法验证和数值验证三种方式。
刀具轨迹显示验证刀具轨迹显示验证的基本方法是：当待加工零件的刀具轨迹计算完成以后，将刀具轨迹在图形显示器上显示出来，从而判断刀具轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确。
下图是采用球形棒铣刀五坐标侧铣图加工透平压缩机叶轮叶片型面的显示验证图，从图中可看出刀具轨迹与叶型的相对位置是合理的。
刀具轨迹截面法验证截面法验证是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上的刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图显示在屏幕上，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程中是否存在过切。
截面法验证主要应用于侧铣加工、型腔加工及通道加工的刀具轨迹验证。
截面形式有横截面、纵截面及曲截面等三种方法。
采用横截面方式时，构造一个与走刀路线上刀具的刀轴方向大致垂直的平面，然后用该平面去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从而得到一张所选刀位点上刀具与加工表面及其约束面的截面图。
该截面图能反映出加工过程中刀杆与加工表面及其约束面的接触情况。
下图是采用二坐标端铣加工型腔及二坐标侧铣加工轮廓时的横截面验证图。
纵截面验证不仅可以得到一张反映刀杆与加工表面、刀尖与导动面的接触情况的定性验证图，还可以得到一个定量的干涉分析结果表。
如图所示，在用球形刀加工自由曲面时，若选择的刀具半径大于曲面的最小曲率半径，则可能出现过切干涉或加工不到位。
刀具轨迹数值验证刀具轨迹数值验证也称为距离验证，是一种刀具轨迹的定量验证方法。
数控加工节点计算机辅助计算及刀尖轨迹仿真
数控加工节点计算机辅助计算及刀尖轨迹仿真
范云霄;郑轶;于涛;杨俊茹
【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(021)003
【摘要】介绍利用Auto CAD内嵌的VBA开发环境,实现数控编程中的等误差法直线逼近非圆曲线节点计算的方法,并用程序实现了刀尖轨迹线的模拟.
【总页数】3页(P77-79)
【作者】范云霄;郑轶;于涛;杨俊茹
【作者单位】山东科技大学,机电学院,泰安,271019;山东科技大学,机电学院,泰安,271019;山东科技大学,机电学院,泰安,271019;山东科技大学,机电学院,泰安,271019
【正文语种】中文
【中图分类】TG519.1
【相关文献】
1.二维曲线数控加工刀具轨迹仿真技术研究 [J], 葛研军;刘邦文;赵亮
2.轴流式水轮机叶片数控加工刀位轨迹仿真 [J], 申毅莉
3.基于回转车床的正多面体车削及刀尖轨迹仿真 [J], 胡昌军;钱瑞明;史雷
4.基于Windows的数控加工刀具轨迹仿真 [J], 郭爱斌; 葛研军
5.数控加工刀具的轨迹仿真与程序传输软件 [J], 王兆辉;柳全才;刘战强
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数控车床加工过程的计算机仿真与实现
数控车床加工过程的计算机仿真与实现王望龙，张甲英，胡仲翔（装甲兵工程学院，北京 １０００７２）摘 要：基于ＰＣ机和Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的开放式数控系统是数控技术的大势所趋。
本文利用面向对象的编程工具 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０开发了零件数控加工刀具运动轨迹的仿真设计过程，在消除加工残余量、加工轨迹仿真优化等方面进行了深入的研究。
为提高零件的加工精度、保证正确加工提供了有力的保障。
关键词：数控加工；加工轨迹；仿真系统；ＶＢ６中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码： Ｂ文章编号：１００９－０１３４（２００３）０６－００４２－０２０引言零件加工时，刀具切削运动轨迹直接影响零件的加工质量及加工成本。
零件数控（ＮＣ）加工刀具运动轨迹的计算机仿真设计，对于保证零件的加工质量，减少机床误操作，无疑具有十分重要的意义。
本文介绍了一种基于ＰＣ机和Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统开发的数控加工仿真软件的方案和实现方法。
操作人员在利用数控机床实际加工零件之前，先用该系统进行模拟操作，通过计算机屏幕可清晰地看到所编辑的加工程序的加工过程和刀具的运动轨迹，并可方便地修改加工程序。
对新产品的开发、安全生产、提高生产效率及降低废品率都具有十分重要的现实意义。
１仿真系统研究的意义、内容与结果（１）在对旧机床的数控化改造的过程中，为了降低成本，提高性能价格比，一般采用经济性的数控系统，但目前的经济型数控系统存在以下的局限：① 零件的数控程序存储有限，这次我们选用的数控系统只能存储３０个程序。
② 不能进行汉字输入，零件的命名只能用Ｐ０１、Ｐ０２、Ｐ０３等来标注，如果程序过多，连编程者本人也很难找出所要加工 零件的程序，给操作者带来很大的不方便。
③ 模拟仿真与实际加工之间的矛盾。
因为模拟仿真与实际加工的速度是不一样，模拟仿真需要很高的速度，而实际加工的速度一般都比较慢。
这样每次仿真完以后都要把速度再改回来，这样不但麻烦，而且容易出事故。
④ 每台数控机床只能单个控制，而且还必须在车间进行编程模拟。
数控技术和计算机辅助设计在数控机床中的应用
数控技术和计算机辅助设计在数控机床中的应用
数控技术是指通过计算机对数控机床进行操作和控制的一种技术。
它利用计算机的高
速运算和数据处理能力，实现对机床的精确控制，提高加工效率和质量。
计算机辅助设计（CAD）是指借助计算机软件进行设计的一种方法，广泛应用于机械制图、产品设计等领域。
下面将介绍数控技术和计算机辅助设计在数控机床中的应用。
数控技术与计算机辅助设计紧密结合，可以实现复杂零件的自动加工。
利用计算机辅
助设计软件，可以将设计好的三维模型导入数控机床中，通过数控程序对工件进行加工。
在数控程序中，通过指定刀具路径、切削速度、进给速度等参数，使机床按照设计要求进
行自动加工。
相比传统的手工加工，数控技术可以实现更加复杂、精确的加工过程，大大
提高了工作效率和产品质量。
数控技术和计算机辅助设计可以实现工艺流程的可视化管理。
在传统的加工过程中，
往往需要依靠工艺手册和经验来进行操作和控制。
利用数控技术和计算机辅助设计，可以
将机床的操作界面与计算机辅助设计软件进行连接，实时显示加工过程和机床状态。
操作
人员可以通过界面监控加工过程，随时调整参数，及时处理异常情况，提高生产过程的可
控性。
数控技术和计算机辅助设计在数控机床中的应用使得加工过程更加智能化、自动化和
精确化。
它们的结合不仅提高了生产效率和质量，同时也为加工过程的优化、可视化管理
和远程操作提供了方便和便利。
随着计算机技术和网络技术的进一步发展，数控技术和计
算机辅助设计在数控机床中的应用前景将更加广阔。
数控加工算法--数值计算
当δ=δ允时，若方程无解，则直线m´n´与曲线y=f(x) 无交点，说明δ实<δ允。 37
3.2.2等程序段法直线逼近的节点计算
①基本原理：
等程序段法就是使每个程序段的线段长度相等。如图3-14所 示，由于零件轮廓方程y=f(x)的曲率各处不等，因此应求出 该曲线的最小曲率半径Rmin，由Rmin及δ允确定允许的步长l ，然后从a开始，按步长l依次截取曲线，得节点b、c、d…， 则ab=bc=cd=…=l为所求的各直线段。
40
3.2.3等误差法直线段逼近的节点计算 ①基本原理：使零件轮廓曲线上各逼近线段的插补误差δ 相等且δ≤δ允。设零件轮廓方程为y=f(x)，如图3-15所 示。首先以a点为圆心，以δ允为半径作圆。然后作圆a和 曲线y=f(x)的公切线PT，求出此公切线PT的斜率后，过a 点作PT的平行线交曲线y=f(x)于b点，这样就得到节点b 。依次方法就可求出节点c、d、…。由于两平行线间距离 恒为δ允，因而任意相邻两节点间的逼近误差为等误差。
图4-2 直线与圆弧相交
13
2.1 联立方程组法求解基点坐标(续)
(2)圆弧与圆弧相交或相切
图4-3 圆弧与圆弧相交
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2.1 联立方程组法求解基点坐标(续)
求解基点坐标的步骤： ①选定零件坐标系的原点； ②列出直线、圆弧的数学方程； ③求出相邻几何元素的交点和切点。
15
2.1 联立方程组法求解基点坐标(续)
7
1.3 刀位点轨迹的计算(续)
对于具有刀具补偿功能的数控机床，在编程时， 只要给出零件轮廓上的基点或节点坐标、给出有关 刀具补偿指令及相关数据，数控装臵就可自动进行 刀具偏移计算，算出所需刀具中心轨迹坐标，控制 刀具运动。
对于不具有刀具补偿功能的数控机床，编程时 需要对刀具的刀位点轨迹进行数值计算，按零件 轮廓的等距线编程。
数控cnc仿真软件
数控CNC仿真软件在现代制造业中，数控（Computer Numerical Control, CNC）技术正日益成为制造领域的主流。
数控技术通过计算机控制机床实现加工过程自动化和精确化，提高了生产效率和产品质量。
而数控CNC仿真软件作为数控加工的关键工具，在制造过程中扮演着重要的角色。
1. 数控CNC仿真软件的概念数控CNC仿真软件是一种利用计算机模拟数控加工过程的软件工具。
它可以在计算机上对数控加工的全过程进行模拟，包括工件加工轨迹、刀具路径、加工参数等，以便在软件中调试和优化加工过程，提高加工效率和降低出错率。
2. 数控CNC仿真软件的功能2.1 加工仿真数控CNC仿真软件可以模拟工件在机床上的加工过程，包括刀具轨迹、加工轨迹、加工时间等，通过仿真可以提前发现加工中可能出现的问题，并及时进行调整，避免浪费材料和加工时间。
2.2 程序调试在实际加工过程中，程序编写可能存在错误，使用数控CNC仿真软件可以在计算机上对加工程序进行调试和验证，确保加工过程的正确性，避免因为程序错误导致的设备损坏或者加工失败。
2.3 加工优化数控CNC仿真软件还可以对加工过程进行优化，通过对加工参数、刀具路径等进行调整和优化，提高加工效率和质量，减少加工成本，并能够在较短的时间内得到满足要求的加工结果。
3. 数控CNC仿真软件的应用数控CNC仿真软件广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域，为生产加工提供了强大的支持和保障。
通过数控CNC仿真软件，制造企业可以在生产前预先模拟加工过程，缩短产品研发周期，提高生产效率，降低产品开发成本。
4. 数控CNC仿真软件的发展趋势随着制造业的快速发展，数控CNC仿真软件也在不断创新和发展。
未来的数控CNC仿真软件将更加智能化和自动化，能够更好地适应复杂的加工需求，提高加工精度和效率，为制造业的转型升级提供强有力的支持。
结语数控CNC仿真软件是现代制造业不可或缺的重要工具，它为制造企业提供了强大的技术支持，可以帮助企业提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，促进制造业的发展。
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文 章 编 号 ：０ ０—２ ０ （０ ２ ０ —０ ７ １０ ３ ８ ２ ０ ） ３ ０ ７—０ ３
数 控 加 工 节 点 计 算 机 辅 助 计 算 及 刀 尖 轨 迹 仿 真
范云霄 ， 郑
摘
轶， 于
涛 ， 俊 茹 杨
２ １１ ） ７ ０ ９
（ 东科 技 大 学 机 电 学 院 ， 安 山 泰
了 以上 问题 的 发 生 。
为简化计 算 ， 直线 替代 法 的节点 确定 多采 用 等 间 距 法 、 步 长 法 。等 间 距 法 是 在 理 论 曲 线 与 等 直线 的最大偏差小于允许偏差 （ 大 允 的条件 ≤艿 ）
下 ， 轴 节 点 间 的距 离 相 等 。 等 步 长 法 是 在
法直观简单多被采用 。用直线段代 替非 圆曲线 的 直线替代法如 图 １ 所示 ， 在满 足精 度要 求 的条件 下， 以图中的折 线段 代 替非 圆 曲线 ， 中有 ａ ｂ ห้องสมุดไป่ตู้图 、、 Ｃｄ各 点 称 节 点 ， 控 语 言 编 程 的 关 键 问 题 是 节 ｘ 数
点的确定 。
线 的最 小 曲率 半 径 处 确 定 的 ， 两 种 方 法 在 整 个 这 非 圆 曲线 内计 算 出 的节 点 数 很 多 ， 来 了编 程 上 带 的很 大 麻 烦 。本 文 用 等 误 差 直线 逼 近 法 完 全 避 免
率 变 化 较 大 时 ， 来 零 件 加 工 表 面 的 粗 糙 度 变 化 带 较 大 ， 响零件表 面加工精度 ， 影 曲线 曲率 的 变化 使 零 件 的加 工 误 差 发 生 变 化 ； 间 距 法 和 等 步 长 等
法 的 间距 、 长 的 确 定 是 根 据 加 工 精 度 在 非 圆 曲 步
（ ｏｌ ｅｏ ａｈｎｃｌ ｎ ｅｔ ｎｃＥ ｇ ，Ｓ Ｔ，Ｔ ｉｎ２ １ １ ， ｉａ Ｃ ｌｇ ｆ ｃａ ｉ ｄＥｌ ｒ ｉ ｎ ｇ ＵＳ ｅ Ｍ ａａ ｃｏ ａａ ７ ０ ９ Ｃｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｏ ｉ ｌｍ ｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｌ — ｒ ｏ ｅ ｈ ｄ ｏ ｓｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｐ ｒ ａ ｈ ｔ ｏ — ｉ ｕ ａ ｉｙ ｃ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｅ ｎ ｈ ｑ ａ — ｅ ｒ ｒ ｍ ｔ ｏ ｆｕ ｉ ｇ ｂ ｅｉ ｏ ａ ｐ ｏ ｃ ｈｅ ｎ ｎ ｃｒ ｌｒｔ ｕ ｖ ｎ ｎ ｃ
Ｃｏ ｐｕ ｅ ｉ ｄ ｌ ｕｌ ｔｏ ｆ ＮＣ ａ ｈｉ ｎｇ ｍ ｔ ｒ Ａ ｄｅ Ｃａ ｃ ａ ｉ ｎ ｏ Ｍ ｃ ｎｉ
Ｎｏ ｄｅ ＆ Ｔｏ ｌＰａ ｈ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｉ ｌ ｔｏ
ＦＡＮ ｎ ｘ ａ Ｚ Ｙｕ — ｉｏ， ＨＥＮＧ ， ＹｉＹＵ ｏ， Ｔａ ＹＡＮＧ ｕ —ｕ Ｊ ｎ ｒ
１ 等 误 差 直线 逼 近 的 原理
等 误 差 直 线 逼 近 法 是 各节 点 之 问 非 圆 曲线 与 直线 的误 差 相 等 ［ｌ如 图 １ 示 。确 定 允 许 误 １， 所 差 的 圆方 程 。 即 以起 点 ａ ， ） 圆 心 ， 为 半 （ 为
径作 圆 ：
理论 曲线 与直线 的最 大偏差 小 于允 许偏 差 （ 大 ≤ 允） 条 件 下 ， 节点 间 直 线 的 长 度 △ 相 等 。 的 各 Ｌ 等 间距 法 和等 步 长法 共 同 的 特 点 是 计 算 简 单 ， 但
ＮＣ ｒ ｇ ａ ｉｇ ｔ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔｏ ｐ ｏ ｒｍ ｎ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ｆＶＢＡ ｍ ｂ ｄ ｅ ｎ Ａｕ ｏ ＣＡＤ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｅ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ａ ｈ ａ ｅ ｔｔ ｅｓ ｍ ｔ ｅ ｔ ｅ ｔｏ ａ ｈ ｕ ｉｇ ｔ ｅｐ ｏ ｒ ｍ ｓｓｍ ｕａｅ ． ｉ ｈ ｏ ｌｐ ｔ ｓｎ ｈ ｒ ｇ ａ ｉ ｉ ｌｔｄ ｍ
在数 控语 言编程 中 ， 由于 多 数 数 控 机 床 不 具 备 非 圆 曲线 的插 补 指 令 ， 制 非 圆 曲线 的 数 控 程 编 序通 过 直 线 段 和 圆 弧 段 两 种 方 法 代 替 ， 线 替 代 直
由 于
和 △Ｌ 为 定 值 ， 成 各 节 点 之 间 曲线 的 曲 造
收 稿 日期 ：０ １ １ ２ ０ — ２—２ ５
要 ： 绍利 用 ＡｕｏＣ 介 ｔ ＡＤ 内嵌 的 Ｖ Ａ 开发环 境 ， Ｂ 实现 数控 编程 中的等 误 差 法 直 线逼 近 非 圆 曲线 节 点
计 算的 方 法 ， 用程 序 实现 了刀 尖轨 迹线 的模拟 。 并 关 键词 ： Ａ；非 圆曲线 ；等 误 差直 线逼 近 ； 点 ； ＶＢ 节 刀尖轨迹 中图分 类号 ： Ｇ５ ９ １ Ｔ １ ． 文 献标 识码 ： Ａ
Ｋｅ ｒ ｓ ｖＢ ：ｎ ｎ ｃｒ ｕ ａ ｉ ｕ ｖ ； ｅ ｕ ｌ ｒｏ ｅ ｈ ｆ ｂ ｅ ｉ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｉ ｇ；ｎ ｅ ｏ ｌ ａ ｈ ｙ ｗｏ ｄ ： Ａ ｏ — ｉｃ ｌｒｙ ｃ ｒ ｅ ｑ ａ— ｅ ｒｍ ｔ ｏ ｏ ｅ ｌ ｐ ｒ ａ ｈ ｎ ｄ ｎ ｄ ｏ ；ｔ ｔ ｐ
维普资讯
第２ １卷 第 ３期
山 东 科 技 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ ． ０ Ｉ ２ｌ Ｎ ３
Ｓ ｐ． ００２ ｅ ２
２００２年 ９月 Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈ ｎ ｏ ｇＵｎｖｒ ｔ ｆ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｎａ ｒｌ ｉ ｃ） ｏ ｒａ ｏ ａ ｄ ｎ ｉ ｓｙｏ ｉ ｃ ｄＴ ｃｎ ｌ （ ｔ ａ Ｓ ｅ ｅ Ｓ ｅｉ Ｓｅ ａ ｇ ｕ ｎ ｃ