曲面的数控加工

2
≈ r − (r刀 − h )
2 刀
2
则行距 S = 2 h ( 2 r刀 − h ) ⋅
ρ ρ ± r刀
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当零件曲面在AB段内是凸时取正号，凹时取负号。
2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
实际编程时，如果零件曲面上各点的曲率 变化不太大，可取曲率最大处作为标准计算。 如果从工艺角度考虑，在粗加工时，行距S 可选得大一些，精加工时选得小一些。有时为 了减少刀峰高度h，也可以在原来的两行距之间 (刀峰处)加密行切一次，即进行一次去刀峰处 理，这样相当于将S减小一倍，实际效果更好些。
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
4）统一几何类型及尺寸 零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺 寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或 专用程序以缩短程序长度。 加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。 一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性， 影响着加工能力、加工质量和换刀次数等。因此，转 接圆弧半径尺寸大小要力求合理，半径尺寸尽可能一 致，至少要力求半径尺寸分组靠拢，以改善铣削工艺 性。
2.7 曲面的数控加工
2 数控机床及数控加工技术
2.7 曲面的数控加工
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2.7 曲面的数控加工
2.7 曲面的数控加工
本节内容 教学要求 重点难点 问题思考
1. 数控加工三坐标曲面零件的主要特点 2. 三坐标曲面零件计算机辅助编程的基本 思路 3. 曲线、曲面数控加工的数据来源 4. 数控铣削型面的一些方法 5. 模具型腔的质量检验 6. 填写数控加工技术文件
此时，刀具中心轨迹为等距曲面与行切面的交 线，是一条平面曲线，编程计算比较简单，但由于 球头刀与曲面切削点的位置随曲率而不断改变，故 切削刃形成的轨迹则是空间曲线，曲面上有较明显 的扭曲的残留沟纹。 因此，这种方法常用于曲率变化不大及精度要 求不高的粗加工中。
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
2.7 曲面的数控加工
3）定位基准可靠
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准 定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在 毛坯上增加一些工艺凸台。如左下图所示的零件，为增 加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如右下图 所示。
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二轴半数控加工 2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
b
O2
O1
a P
球头铣刀中心轨迹是一条平面曲线。刀刃与工件曲面相接 触(切点)的轨迹是一条空间曲线(实为空间折线) 。
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2.7 曲面的数控加工
2. 三坐标曲面零件计算机辅助编程的基本思路
三坐标联动加工
两坐标联动的三坐标加工
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
球头铣刀铣削
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三坐标数控加工 2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
O1 a O2 b PXZ 球头铣刀中心轨迹是一条空间曲线(实为空间折线)，刀 刃与工件曲面相接触(切点)的轨迹是一条平面曲线。
AD
O1 F = ρ ρ + r刀
O1F • ρ AD = ρ + r刀
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2.7 曲面的数控加工 当球刀半径 与曲面上 曲率半径相差较大， 并且为达到一定的表 面粗糙度要求及h较小 时，可以取O1F的近似 值，即：
O1 F = r − (FC )
2 刀
2 刀
2
= r − (FG − CG )
自动编程选择行距和步长的方式： 经过估算选择等行距等步长 等残留沟纹高度法 残留沟纹高度不同
行距与步长不等
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
(3) 曲面处理 (4) 后置处理 (5) 打印程序、制作数控介质及试运行
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2.7 曲面的数控加工
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
例：螺旋桨叶片 A B C
横 向
A
B 纵向
C
A
B
C
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
对于曲面铣削，常用球头铣刀采用“行切法”进行加 工。如图所示大叶片类零件，当采用图 (a)所示沿纵向 来回切削的加工路线时，每次沿母线方向加工，刀位点 计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以 准确保证母线的直线度。
面形成较为复杂，但根据其 曲面形成规律，旋转变动一 下坐标方向后其轨迹曲线则 比较简单，如图(c)，据此可 采用能进行相应调整的四坐 标或五坐标联动的数控机床 进行加工控制，可以获得较 高的加工质量。
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2.7 曲面的数控加工
行切加工法
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
5）分析零件的变形情况 铣削工件在加工时的变形，将影响加工质量。这 时，可采用常规方法如粗、精加工分开及对称去余量 法等，也可采用热处理的方法，如对钢件进行调质处 理，对铸铝件进行退火处理等。加工薄板时，切削力 及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚 度尺寸公差和表面粗糙度难以保证，这时，应考虑合 适的工件装夹方式。 总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状，尺 寸和技术要求等。
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2.7 曲面的数控加工
2.7 曲面的数控加工
本节内容 教学要求 重点难点 问题思考
了解三坐标曲面数控加工的特点及加 工方法，曲线、曲面数控加工的数据 来源，理解三坐标联动与两坐标联动 加工时，采用行切法加工刀具中心轨 迹的区别，掌握三坐标曲面零件计算 机辅助编程的基本思路。
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
对边界敞开的曲 面，球头刀可由边界外 开始加工。曲面加工若 用两坐标联动的三坐标 铣床，则采用任意两轴 联动插补，第三轴作单 独的周期性进刀的“两 维半”联动加工方法， 如图(a)。
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
2.7 曲面的数控加工
本节内容 教学要求 重点难点 重点：三坐标曲面零件编程的基本思路 问题思考
难点：刀具中心的空间运动轨迹，过切， 行距和步长的确定
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2.7 曲面的数控加工
1. 数控加工三坐标曲面零件的主要特点
一般地，数控车床适合于加工形状比较复杂的 轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔； 立式数控铣床适合于加工平面凸轮、样板、形状 复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等； 卧式数控铣床则适合于加工箱体、泵体和壳体 类零件； 多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复 杂的曲线、曲面、叶轮和模具等。
Z
Z Y X
Y X
( ( a)a)
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2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
当采用图 (b)所示沿横向来回切削的加工路线时， 符合这类零件数据给出情况，便于加工后的检验，叶形 准确度高，但程序较多。
Z
Z Y
Y
X
X
(b )
(b)
计算机CAD/CAM系统 图样分析 工艺分析 确定 行距和步长
曲面处理
后置处理
试切
生成加工程序 及制作数控介质
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
（1）图样分析和工艺分析 零件图样尺寸的正确标注 保证基准统一的原则 分析零件的变形情况 零件的加工路线
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审 查的主要内容。 1）尺寸标注应符合数控加工的特点 在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是 以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐 标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。 2）几何要素的条件应完整、准确 在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮 廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动 编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编 程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不 确定，编程都无法进行。 19 /45
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。 这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀 切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具 加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面 类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工 方法: 两坐标联动的三坐标加工 三坐标联动加工 坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同 时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直 线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
过切
t O1 O2
θ
1.2
r刀
θ⎞ r ⎛ t = r刀 ⎜1 - cos ⎟ 刀 和θ 越大，过切量 t 越大。 2⎠ ⎝
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
确定步长L
步长L的确定方法与平面轮廓曲线加工时步长的计 算方法相同，取决于曲面的曲率半径与插补误差 (其值 应小于零件加工精度)。 实际应用时，可按曲率最大处近似计算，然后用等 步长法编程，这样做要方便得多。此外，若能将曲面的 曲率变化划分几个区域，也可以分区域确定步长，而各 区域插补段长度不相等，这对于在一个曲面上存在若干 个凸出或凹陷面(即曲面有突出区)的情况是十分必要的。 由于空间曲面一般比较复杂，数据处理工作量大，涉及 的许多计算工作是人工无法承担的，通常需用计算机进 行处理，最好是采用自动编程的方法。
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2.7 曲面的数控加工
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
两坐标联动加工
两坐标联动的三坐标加工 适用于曲率半径变化 不大和精度要求不高 的曲面的粗加工
三坐标联动加工 适用于曲率半径 变化较大和精度 要求较高的曲面 的精加工
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2.7 曲面的数控加工
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
（1）图样分析和工艺分析
对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都 适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工 艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔 细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控 加工的内容和工序。
若用三坐标联动插补的 行切加工方法，如图(b)所 示，切削刃形成的轨迹为曲 面与行切面的交线即平面曲 线，但此时刀具中心轨迹则 是一空间曲线，其编程计算 较为复杂，且要求机床必须 具备三轴联动功能。
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2.7 曲面的数控加工
有些空间曲面零件的曲
1. 数 控 加 工 三 坐 标 曲 面 零 件 的 主 要 特 点
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2.7 曲面的数控加工
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
（2）确定行距与步长
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2.7 曲面的数控加工
取A点或B点的曲率半径作圆，近似求行距S。
2. 三 坐 标 曲 面 零 件 计 算 机 辅 助 编 程 的 基 本 思 路
S=2AD ， 而