數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡江掩，然后將其離散成刀位點，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序乘瓤。下面就刀具軌跡產(chǎn)生方法作一些介紹环形。

　　基于點、線衙傀、面和體的NC刀軌生成方法

　　CAD技術從二維繪圖起步斟赚，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實體造型發(fā)展階段差油，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型拗军。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點蓄喇、線為驅動對象发侵，如孔加工，輪廓加工偷真，平面區(qū)域加工等闲招。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復雜熙同。在曲面和實體造型發(fā)展階段蒿疲，出現(xiàn)了基于實體的加工。實體加工的加工對象是一個實體（一般為CSG和B-REP混合表示的）锻刹，它由一些基本體素經(jīng)集合運算（并棉玻、交、差運算）而得壕矿。實體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工坝亿，大面積切削掉余量，提高加工效率李荚，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)灰囤，是特征加工的基礎。

　　實體加工一般有實體輪廓加工和實體區(qū)域加工兩種。實體加工的實現(xiàn)方法為層切法（SLICE）锐拟，即用一組水平面去切被加工實體秉扑，然后對得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)调限，在ACIS幾何造型平臺上實現(xiàn)了這種基于點舟陆、線、面和實體的數(shù)控加工旧噪。

　　基于特征的NC刀軌生成方法

　　參數(shù)化特征造型已有了一定的發(fā)展時期吨娜，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對那些低層次的幾何信息（如：點淘钟、線宦赠、面、實體）進行操作米母，而轉變?yōu)橹苯訉Ψ瞎こ碳夹g人員習慣的特征進行數(shù)控編程勾扭，大大提高了編程效率。

　　W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個基于特征的NC代碼生成子系統(tǒng)铁瞒，這個系統(tǒng)的工作原理是：零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進行加工的總和妙色。那么對整個形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動生成慧耍。目前開發(fā)的系統(tǒng)只適用于2.5D零件的加工身辨。

　　Lee and Chang開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個最小的長方塊了赖，這樣凸自由曲面特征就被轉換成一個凹特征滩扩。最小的長方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）笆滓、切削多面體特征槽顶；（2）、切削自由曲面特征初肥；（3）昭淋、切削相交特征。

　　Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題午螺。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類墓枝，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的户虐。文章主要針對幾種基本特征（孔卓俱、內(nèi)凹、臺階紊荞、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑袁余、刀具選擇和加工順序等擎勘，并通過IP（Inter Programming）技術避免重復走刀咱揍，以優(yōu)化非切削刀具軌跡。另外棚饵，Jong-Yun Jong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑煤裙。

　　特征加工的基礎是實體加工，當然也可認為是更高級的實體加工噪漾。但特征加工不同于實體加工硼砰，實體加工有它自身的局限性。特征加工與實體加工主要有以下幾點不同：

　　從概念上講欣硼，特征是組成零件的功能要素题翰，符合工程技術人員的操作習慣，為工程技術人員所熟知诈胜；實體是低層的幾何對象豹障，是經(jīng)過一系列布爾運算而得到的一個幾何體，不帶有任何功能語義信息焦匈；實體加工往往是對整個零件（實體）的一次性加工称侣。但實際上一個零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經(jīng)過粗加工淳胆、半精加工赁挚、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進行加工螃方；有時一個零件既要用到車削照腐，也要用到銑削。因此實體加工主要用于零件的粗加工及半精加工应攘。而特征加工則從本質上解決了上述問題言刨；特征加工具有更多的智能。對于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法轧翘，特別是那些已在STEP標準規(guī)定的特征更是如此焦伸。如果我們對所有的標準特征都制定了特定的加工方法，那么對那些由標準特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了曙辑。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應的工藝特征服筋，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能母债。而這些實體加工是無法實現(xiàn)的午磁；特征加工有利于實現(xiàn)從CAD、CAPP毡们、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成迅皇，實現(xiàn)信息的雙向流動，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎；而實體加工對這些是無能為力的登颓。

　　現(xiàn)役幾個主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析

　　現(xiàn)役CAM的構成及主要功能

　　目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII搅荞、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對獨立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam框咙、Surfcam等）咕痛。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型喇嘱。然而茉贡，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個模塊組成者铜，即交互工藝參數(shù)輸入模塊腔丧、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊甩幔、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊饶机。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進行討論。

　　UGII加工方法分析

　　一般認為UGII是業(yè)界中最好栽乘，最具代表性的數(shù)控軟件芽贫。其最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削挚粱、銑削吴爵、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：

　　Point to Point：完成各種孔加工惊柱；

　　Panar Mill：平面銑削错猬。包括單向行切，雙向行切樱凄，環(huán)切以及輪廓加工等标炭；

　　Fixed Contour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動戈弧，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡斑卤，一系列點或一組曲線；

　　Variable Contour：可變軸投影加工潭千；

　　Parameter line：等參數(shù)線加工谱姓。可對單張曲面或多張曲面連續(xù)加工刨晴；

　　Zig-Zag Surface：裁剪面加工屉来；

　　Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度狈癞；

　　Cavity Mill：多級深度型腔加工茄靠。特別適用于凸模和凹模的粗加工茂契；

　　Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面嘹黔、導動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程度的控制账嚎。

　　EDS Unigraphics還包括大量的其它方面的功能莫瞬，這里就不一一列舉了儡蔓。

　　STRATA加工方法分析

　　STRATA是一個數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，它是建立在ACIS幾何建模平臺上的疼邀。

　　它為用戶提供兩種編程開發(fā)環(huán)境喂江，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫。它可支持三軸銑削沛野，車削和線切割NC加工莱腾，并可支持線框、曲面和實體幾何建模含话。其NC刀具軌跡生成方法是基于實體模型途陵。 STRATA基于實體的NC刀具軌跡生成類庫提供的加工方法包括：

　　Profile Toolpath：輪廓加工；

　　AreaClear Toolpath：平面區(qū)域加工茂钠；

　　SolidProfile Toolpath：實體輪廓加工脚们；

　　SolidAreaClear Toolpath：實體平面區(qū)域加工；

　　SolidFace ToolPath：實體表面加工径塔；

　　SolidSlice ToolPath：實體截平面加工鳖路；

　　Language-based Toolpath：基于語言的刀具軌跡生成。

　　其它的CAD/CAM軟件凰番，如Euclid, Cimitron, CV,CATIA等的NC功能各有千秋盏萝，但其基本內(nèi)容大同小異，沒有本質區(qū)別褒堆。

　　現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問題

　　按照傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式澡呼，CAM系統(tǒng)以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點厉碟、線喊巍、面、或實體為驅動對象墨榄，生成加工刀具軌跡玄糟，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床袄秩，在整個CAD /CAM及CNC系統(tǒng)的運行過程中存在以下幾方面的問題：

　　CAM系統(tǒng)只能從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的低層幾何信息阵翎，無法自動捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語義信息。因此之剧，整個CAM過程必須在經(jīng)驗豐富的制造工程師的參與下郭卫，通過圖形交互來完成砍聊。 如：制造工程師必須選擇加工對象（點、線贰军、面或實體）玻蝌、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）词疼、刀具摇致、加工參數(shù)（切削方向、切深秫丐、進給量肯仍、進給速度等）。整個系統(tǒng)的自動化程度較低竹俱。

　　在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中景捅，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進給率摊房、主軸轉速赚懊、換刀等）。因此昨哑，下游的CNC系統(tǒng)既無法獲取更高層的設計要求（如公差你朝、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關的加工工藝參數(shù)顶食。

　　CAM系統(tǒng)各個模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一掐边，各模塊相對獨立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應的加工工藝參數(shù)熄阻，三維動態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞斋竞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對象及相關的加工工藝參數(shù)。

　　CAM系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)秃殉。CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型坝初，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的钾军。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關產(chǎn)品的全部信息鳄袍，尤其是與加工有關的特征信息，同樣CAD系統(tǒng)也無法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息吏恭。這就給并行工程的實施帶來了困難拗小。

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