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

　　基于點(diǎn)烈杠、線腻学、面和體的NC刀軌生成方法

　　CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框鸵丸、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段喳牌，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段贪焊，數(shù)控加工主要以點(diǎn)玲院、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工惦肴，輪廓加工淡早，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高耳标，交互復(fù)雜醇坝。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體的加工次坡。實(shí)體加工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體（一般為CSG和B-REP混合表示的）呼猪，它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算（并、交砸琅、差運(yùn)算）而得宋距。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工轴踱，大面積切削掉余量，提高加工效率谚赎，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)淫僻，是特征加工的基礎(chǔ)。

　　實(shí)體加工一般有實(shí)體輪廓加工和實(shí)體區(qū)域加工兩種壶唤。實(shí)體加工的實(shí)現(xiàn)方法為層切法（SLICE）雳灵，即用一組水平面去切被加工實(shí)體，然后對(duì)得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡闸盔。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)悯辙，在ACIS幾何造型平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這種基于點(diǎn)、線胃磷、面和實(shí)體的數(shù)控加工认施。

　　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(shí)期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始裤困。特征加工使數(shù)控編程人員不在對(duì)那些低層次的幾何信息（如：點(diǎn)多蜕、線、面巡雄、實(shí)體）進(jìn)行操作嘀回，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣的特征進(jìn)行數(shù)控編程，大大提高了編程效率夹宏。

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

　　Lee and Chang開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動(dòng)產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)蜒鸣。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個(gè)最小的長方塊牍懂，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個(gè)凹特征。最小的長方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型绸罗。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）意推、切削多面體特征；（2）珊蟀、切削自由曲面特征菊值；（3）、切削相交特征育灸。

　　Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題腻窒。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，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(dá)到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的儿子。文章主要針對(duì)幾種基本特征（孔趟薄、內(nèi)凹、臺(tái)階典徊、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑恩够、刀具選擇和加工順序等卒落，并通過IP（Inter Programming）技術(shù)避免重復(fù)走刀，以優(yōu)化非切削刀具軌跡檬撒。另外顺丸，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。

　　特征加工的基礎(chǔ)是實(shí)體加工促军，當(dāng)然也可認(rèn)為是更高級(jí)的實(shí)體加工短即。但特征加工不同于實(shí)體加工，實(shí)體加工有它自身的局限性等灾。特征加工與實(shí)體加工主要有以下幾點(diǎn)不同：

　　從概念上講宜抓，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣莫金，為工程技術(shù)人員所熟知矫第；實(shí)體是低層的幾何對(duì)象，是經(jīng)過一系列布爾運(yùn)算而得到的一個(gè)幾何體洽咬，不帶有任何功能語義信息浑擎；實(shí)體加工往往是對(duì)整個(gè)零件（實(shí)體）的一次性加工。但實(shí)際上一個(gè)零件不太可能僅用一把刀一次加工完橙围，往往要經(jīng)過粗加工沼死、半精加工、精加工等一系列工步崔赌，零件不同的部位一般要用不同的刀具進(jìn)行加工意蛀；有時(shí)一個(gè)零件既要用到車削，也要用到銑削峰鄙。因此實(shí)體加工主要用于零件的粗加工及半精加工浸间。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能吟榴。對(duì)于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法魁蒜，特別是那些已在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法吩翻，那么對(duì)那些由標(biāo)準(zhǔn)特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了兜看。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能细移。而這些實(shí)體加工是無法實(shí)現(xiàn)的搏予；特征加工有利于實(shí)現(xiàn)從CAD、CAPP弧轧、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成隧渠，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎(chǔ)跃览；而實(shí)體加工對(duì)這些是無能為力的元八。

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

　　現(xiàn)役CAM的構(gòu)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(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII、Euclid昧挚、Pro/ENGINEER等）和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam聪萨、Surfcam等）。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)品幾何模型肢糜，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型盘另。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)秃停，都由五個(gè)模塊組成巩荧，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊蔑枣、刀具軌跡編輯模塊锄镜、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進(jìn)行討論仿吞。

　　UGII加工方法分析

　　一般認(rèn)為UGII是業(yè)界中最好滑频，最具代表性的數(shù)控軟件。其最具特點(diǎn)的是其功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法唤冈。包括車削峡迷、銑削、線切割等完善的加工方法你虹。其中銑削主要有以下功能：

　　Point to Point：完成各種孔加工绘搞；

　　Panar Mill：平面銑削。包括單向行切傅物，雙向行切夯辖，環(huán)切以及輪廓加工等；

　　Fixed Contour：固定多軸投影加工董饰。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動(dòng)蒿褂，控制刀具移動(dòng)的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點(diǎn)或一組曲線卒暂；

　　Variable Contour：可變軸投影加工啄栓；

　　Parameter line：等參數(shù)線加工。可對(duì)單張曲面或多張曲面連續(xù)加工卜判；

　　Zig-Zag Surface：裁剪面加工仔省；

　　Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度众攻；

　　Cavity Mill：多級(jí)深度型腔加工红集。特別適用于凸模和凹模的粗加工；

　　Sequential Surface：曲面交加工条稍。按照零件面揣蒿、導(dǎo)動(dòng)面和檢查面的思路對(duì)刀具的移動(dòng)提供最大程度的控制。

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

　　STRATA加工方法分析

　　STRATA是一個(gè)數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境弊刁，它是建立在ACIS幾何建模平臺(tái)上的吁巫。

　　它為用戶提供兩種編程開發(fā)環(huán)境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫鞋族。它可支持三軸銑削龟夜，車削和線切割NC加工，并可支持線框芹助、曲面和實(shí)體幾何建模堂湖。其NC刀具軌跡生成方法是基于實(shí)體模型。 STRATA基于實(shí)體的NC刀具軌跡生成類庫提供的加工方法包括：

　　Profile Toolpath：輪廓加工状土；

　　AreaClear Toolpath：平面區(qū)域加工无蜂；

　　SolidProfile Toolpath：實(shí)體輪廓加工；

　　SolidAreaClear Toolpath：實(shí)體平面區(qū)域加工蒙谓；

　　SolidFace ToolPath：實(shí)體表面加工斥季；

　　SolidSlice ToolPath：實(shí)體截平面加工；

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

　　其它的CAD/CAM軟件酣倾，如Euclid, Cimitron, CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內(nèi)容大同小異谤专，沒有本質(zhì)區(qū)別躁锡。

　　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，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)模型置侍。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)映之、線、面凳渗、或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象秽擦，生成加工刀具軌跡，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(jī)床资汛，在整個(gè)CAD /CAM及CNC系統(tǒng)的運(yùn)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)品的低層幾何信息帐捺，無法自動(dòng)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。因此呼雨，整個(gè)CAM過程必須在經(jīng)驗(yàn)豐富的制造工程師的參與下赫捕，通過圖形交互來完成。 如：制造工程師必須選擇加工對(duì)象（點(diǎn)凑魔、線飘拂、面或?qū)嶓w）、約束條件（裝夾壶碴、干涉和碰撞等）情召、刀具、加工參數(shù)（切削方向撼予、切深钥屈、進(jìn)給量、進(jìn)給速度等）坝辫。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低篷就。

　　在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中，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）近忙，以及少量的過程控制信息（如進(jìn)給率竭业、主軸轉(zhuǎn)速、換刀等）及舍。因此未辆，下游的CNC系統(tǒng)既無法獲取更高層的設(shè)計(jì)要求（如公差、表面光潔度等）锯玛，也無法得到與生成刀具軌跡有關(guān)的加工工藝參數(shù)鼎姐。

　　CAM系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對(duì)獨(dú)立更振。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應(yīng)的加工工藝參數(shù)炕桨，三維動(dòng)態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對(duì)象及相關(guān)的加工工藝參數(shù)肯腕。

　　CAM系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)献宫。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，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中缆月，信息的共享也只是單向的和單一的拭愁。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息践涧，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)信息侣娄。這就給并行工程的實(shí)施帶來了困難山乐。

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