CAXA第四章加工軌跡的生成本章介紹如何在CAXA軟件中生成加工軌跡,以確保機(jī)床能夠沿著預(yù)設(shè)的路徑高效、穩(wěn)定地進(jìn)行加工。我們將深入探討各種軌跡生成技術(shù)的原理和應(yīng)用。byJerryTurnersnull4.1加工軌跡概述定義加工軌跡是指數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中工具和工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的路徑。它是數(shù)控加工的基礎(chǔ)。特點(diǎn)加工軌跡應(yīng)符合加工要求,滿足加工精度、表面質(zhì)量、加工效率等目標(biāo)。同時(shí)要考慮機(jī)床的運(yùn)動(dòng)能力和限制。分類加工軌跡可分為線性軌跡和非線性軌跡。線性軌跡包括直線和圓弧,非線性軌跡包括樣條曲線和NURBS曲線。4.1.1加工軌跡的定義加工軌跡是指加工過(guò)程中刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。它描述了加工過(guò)程中刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)路徑。加工軌跡的定義是加工制造中的一個(gè)重要概念,它將直接影響到加工質(zhì)量、加工效率以及產(chǎn)品的幾何精度。精確的加工軌跡是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量加工的關(guān)鍵所在。4.1.2加工軌跡的特點(diǎn)加工軌跡具有高度專業(yè)性和復(fù)雜性,需要精確的計(jì)算和建模。加工軌跡涉及多個(gè)加工參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整,如進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速和切深等。加工軌跡存在誤差累積,需要優(yōu)化和修正以確保加工質(zhì)量。4.1.3加工軌跡的分類根據(jù)加工軌跡的變化類型，可將其分為線性加工軌跡和非線性加工軌跡。線性加工軌跡包括直線加工和圓弧加工，使用線性插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)。非線性加工軌跡包括B樣條曲線和NURBS曲線，使用非線性插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)。線性加工軌跡線性加工軌跡是數(shù)控加工中最基礎(chǔ)和最常見(jiàn)的兩種加工軌跡類型,包括直線加工軌跡和圓弧加工軌跡。這些軌跡特點(diǎn)簡(jiǎn)單明了,容易編程和控制,是實(shí)現(xiàn)高精度加工的基礎(chǔ)。4.2.1直線加工軌跡直線加工軌跡是指加工過(guò)程中刀具沿直線移動(dòng)的軌跡。這是最基礎(chǔ)和簡(jiǎn)單的加工軌跡形式之一。直線軌跡可以用于平面加工、槽型加工等工藝。該軌跡特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單、加工效率高、容易實(shí)現(xiàn)和控制。在CAD/CAM軟件中,通常可以通過(guò)鼠標(biāo)拖動(dòng)或輸入直線端點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)定義此類軌跡。圓弧加工軌跡圓弧加工軌跡是CNC加工中常見(jiàn)的一種工藝軌跡,由一段圓弧構(gòu)成。圓弧軌跡可以用于加工圓角、倒角等特征,提高工件表面質(zhì)量。圓弧軌跡需要精確計(jì)算半徑、起始角、終止角等參數(shù),以確保加工精度。適當(dāng)使用圓弧加工可以減少刀具磨損,提高加工效率。加工軟件通常自帶圓弧插補(bǔ)算法,可以根據(jù)輸入的圓弧幾何參數(shù)自動(dòng)生成加工代碼。線性插補(bǔ)線性插補(bǔ)是常見(jiàn)的加工軌跡生成方法之一，能夠生成直線或圓弧型的加工路徑。該方法根據(jù)起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)以及加工速度，通過(guò)簡(jiǎn)單的線性數(shù)學(xué)計(jì)算確定每個(gè)加工點(diǎn)的位置。線性插補(bǔ)生成的軌跡連續(xù)平穩(wěn)，非常適合用于中低速加工。非線性加工軌跡除了線性插補(bǔ)的直線和圓弧軌跡之外,非線性加工軌跡運(yùn)用了更為復(fù)雜的曲線插補(bǔ)算法,如B樣條曲線和NURBS曲線,可以生成更自由流暢的曲線軌跡,滿足復(fù)雜工件的加工需求。這種軌跡生成方式更加靈活,可以適應(yīng)多樣的加工場(chǎng)景。B樣條曲線B樣條曲線是一種廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和CAD/CAM領(lǐng)域的非均勻有理B樣條曲線。B樣條曲線由一系列控制點(diǎn)定義,可以形成光滑的曲線,具有局部可控性。它可以精確地表示復(fù)雜的幾何形狀,在加工軌跡規(guī)劃中廣泛應(yīng)用于非線性插補(bǔ)。NURBS曲線NURBS(Non-UniformRationalB-Splines)曲線是一種強(qiáng)大的數(shù)學(xué)表達(dá)方式,可以用來(lái)精確描述復(fù)雜的自由曲面。NURBS曲線具有高度的靈活性和可控性,能夠靈活調(diào)整曲線形狀,適用于各種加工工藝。通過(guò)調(diào)整NURBS曲線的控制點(diǎn)和權(quán)重,可以實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)的曲面過(guò)渡,滿足復(fù)雜零件的加工需求。4.3.3非線性插補(bǔ)非線性插補(bǔ)是一種高級(jí)的加工軌跡生成技術(shù)，可以生成復(fù)雜的曲線軌跡。與傳統(tǒng)的線性插補(bǔ)相比，非線性插補(bǔ)能夠更好地描述復(fù)雜的曲面和自由曲線。非線性插補(bǔ)常見(jiàn)的算法包括B樣條曲線和NURBS曲線，可以生成更平滑、更自然的軌跡。五軸聯(lián)動(dòng)加工軌跡五軸聯(lián)動(dòng)加工是指利用五個(gè)獨(dú)立的軸旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)工具和工件之間的相對(duì)關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜曲面的加工。這種靈活的加工方式可以大大提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。4.4.1五軸聯(lián)動(dòng)的定義五軸聯(lián)動(dòng)加工指機(jī)床具備額外的兩個(gè)自由度,以便在三維空間中自由控制工具姿態(tài)。工具可以在X、Y、Z軸上移動(dòng),同時(shí)還可以繞A、B、C軸旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工。這種靈活的加工方式能夠大大提高加工效率,提升產(chǎn)品質(zhì)量,適用于航空航天、汽車等行業(yè)。4.4.2五軸聯(lián)動(dòng)的應(yīng)用五軸聯(lián)動(dòng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。它能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面和自由曲面的高效加工，如渦輪葉片、葉輪、螺旋槳等。在醫(yī)療領(lǐng)域,五軸聯(lián)動(dòng)用于制造定制化的義肢和假體,可根據(jù)不同患者的需求進(jìn)行精準(zhǔn)定制。在文化藝術(shù)領(lǐng)域,五軸聯(lián)動(dòng)也可用于定制化雕塑、工藝品的加工制造。它提供了更大的自由度,實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和創(chuàng)新的造型。4.4.3五軸聯(lián)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)提高加工精度：五軸聯(lián)動(dòng)能夠準(zhǔn)確控制工件的姿態(tài)和刀具的運(yùn)動(dòng),從而大大提高加工精度。縮短加工時(shí)間：五軸聯(lián)動(dòng)能夠更好地利用刀具,減少刀具換向和重復(fù)切削,顯著提高加工效率。提升生產(chǎn)靈活性：五軸聯(lián)動(dòng)可以加工復(fù)雜曲面,為制造商提供更多的設(shè)計(jì)自由度和生產(chǎn)靈活性。加工軌跡的優(yōu)化為了提高加工質(zhì)量和效率,對(duì)加工軌跡進(jìn)行優(yōu)化是非常必要的。這包括軌跡平滑化、軌跡修正和軌跡仿真等多個(gè)方面的優(yōu)化處理。軌跡平滑化軌跡平滑化是加工軌跡優(yōu)化的一個(gè)關(guān)鍵步驟。它通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)算法,將原始的離散坐標(biāo)點(diǎn)連接成更加流暢自然的曲線軌跡,從而提高加工精度和效率。主要的平滑化方法有B樣條平滑、NURBS曲線平滑等。平滑后的軌跡將具有更好的連續(xù)性和光順性,有利于減少加工中的突變和振動(dòng),從而提高零件表面質(zhì)量。同時(shí)還能降低機(jī)床的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,延長(zhǎng)機(jī)床使用壽命。4.5.2軌跡修正在加工過(guò)程中,由于各種因素的影響,加工軌跡可能與理論軌跡存在偏差。軌跡修正技術(shù)旨在根據(jù)實(shí)際加工狀況,調(diào)整加工軌跡,以確保零件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量符合要求。常用的軌跡修正方法包括基于傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)軌跡修正、基于仿真模型的離線軌跡修正等。這些方法可以采用各種算法,如最小二乘法、Kalman濾波等,以提高軌跡修正的精度和效率。4.5.3軌跡仿真軌跡仿真是評(píng)估加工軌跡的關(guān)鍵步驟。通過(guò)仿真,我們可以檢查軌跡的連續(xù)性、碰撞檢測(cè)和加工參數(shù)是否符合要求。先進(jìn)的仿真軟件可以模擬機(jī)床運(yùn)動(dòng),并可視化整個(gè)加工過(guò)程,讓我們?cè)趯?shí)際加工之前就發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化軌跡問(wèn)題。加工軌跡的輸出完成加工軌跡的設(shè)計(jì)后,需要將其輸出并應(yīng)用到實(shí)際的加工過(guò)程中。這包括生成NC代碼以及可視化加工軌跡,為后續(xù)的加工過(guò)程提供指導(dǎo)。4.6.1NC代碼生成NC代碼是數(shù)控機(jī)床加工所需的程序代碼,是加工軌跡的最終輸出格式。NC代碼生成是將計(jì)算機(jī)中的加工軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床可以識(shí)別的指令代碼的過(guò)程。它需要考慮機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、切削參數(shù)等因素,生成優(yōu)化效果的NC代碼。根據(jù)加工軌跡數(shù)據(jù),生成符合機(jī)床控制要求的G代碼將各種切削參數(shù)如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的NC代碼指令優(yōu)化NC代碼,提高加工效率和精度,減少機(jī)床振動(dòng)和損耗加工軌跡的可視化可視化加工軌跡是CAXA系統(tǒng)的重要功能之一。它可以直觀地展示生成的加工軌跡,包括直線、圓弧、B樣條曲線等不同類型的軌跡。通過(guò)3D模型和仿真動(dòng)畫,用戶可以預(yù)覽整個(gè)加工過(guò)程,檢查軌跡是否存在干涉或碰撞問(wèn)題。加工軌跡可視化可以使用多種展示方式,如運(yùn)動(dòng)路徑、刀具姿態(tài)、材料切削等,并可以設(shè)置不同的視角和放大