數(shù)控原理與系統(tǒng)討論課ppt課件

1、課題：空間三維刀補(bǔ)討論組員：袁萬前 張輝 張文峰 趙方 鄭雨田 周夢麟 朱思偉1 1、什么是刀具補(bǔ)償？、什么是刀具補(bǔ)償？ 在數(shù)控加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)踐控制對象是刀在數(shù)控加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)踐控制對象是刀具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過直接控制刀具中心具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過直接控制刀具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，來間接地實(shí)現(xiàn)實(shí)踐零件輪廓或刀架相關(guān)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，來間接地實(shí)現(xiàn)實(shí)踐零件輪廓的加工。的加工。 然而，實(shí)踐刀具參與切削的部位是刀尖車刀或然而，實(shí)踐刀具參與切削的部位是刀尖車刀或刀刃邊緣銑刀，它們與刀具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)之間刀刃邊緣銑刀，它們與刀具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)之間存在著尺寸偏

2、向，因此數(shù)控系統(tǒng)必需根據(jù)刀尖或刀刃邊存在著尺寸偏向，因此數(shù)控系統(tǒng)必需根據(jù)刀尖或刀刃邊緣的實(shí)踐坐標(biāo)位置即零件輪廓的實(shí)踐坐標(biāo)位置來計(jì)緣的實(shí)踐坐標(biāo)位置即零件輪廓的實(shí)踐坐標(biāo)位置來計(jì)算出刀具中心或刀架參考點(diǎn)的相應(yīng)坐標(biāo)位置，這種計(jì)算算出刀具中心或刀架參考點(diǎn)的相應(yīng)坐標(biāo)位置，這種計(jì)算過程就稱為刀具補(bǔ)償。過程就稱為刀具補(bǔ)償。 R1 2 2、刀具補(bǔ)償?shù)淖饔?、刀具補(bǔ)償?shù)淖饔?采用刀具補(bǔ)償功能，不僅可以大大簡化數(shù)控加工程序的編寫任務(wù)，還可采用刀具補(bǔ)償功能，不僅可以大大簡化數(shù)控加工程序的編寫任務(wù)，還可以提高數(shù)控加工程序的利用率，主要表如今兩方面。以提高數(shù)控加工程序的利用率，主要表如今兩方面。 當(dāng)?shù)毒叱叽绨l(fā)生變化刀具磨損

3、、刀具改換等時(shí)，只需修正相應(yīng)當(dāng)?shù)毒叱叽绨l(fā)生變化刀具磨損、刀具改換等時(shí)，只需修正相應(yīng)的刀具參數(shù)即可。的刀具參數(shù)即可。 在同一臺(tái)機(jī)床上對同一零件輪廓進(jìn)展粗加工、半精加工和精加工等在同一臺(tái)機(jī)床上對同一零件輪廓進(jìn)展粗加工、半精加工和精加工等多道工序時(shí)，不用編寫三種加工程序，可將各道工序所預(yù)留的加工余量參與多道工序時(shí)，不用編寫三種加工程序，可將各道工序所預(yù)留的加工余量參與刀具參數(shù)即可。刀具參數(shù)即可。R2R3余量2余量3R3 = R + 余量3R2 = R + 余量2R1 = R + 0L1L2FrL1FFYXr 3 3、刀具補(bǔ)償類型、刀具補(bǔ)償類型 刀具補(bǔ)償分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償兩種類型。對于不同

4、機(jī)床上刀具補(bǔ)償分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償兩種類型。對于不同機(jī)床上所運(yùn)用的不同類型的刀具，其補(bǔ)償方式也不一樣。所運(yùn)用的不同類型的刀具，其補(bǔ)償方式也不一樣。 立銑刀立銑刀 ：主要是刀具半徑補(bǔ)償，有時(shí)需求刀具長度補(bǔ)償；：主要是刀具半徑補(bǔ)償，有時(shí)需求刀具長度補(bǔ)償； 鉆頭鉆頭 ：主要是刀具長度補(bǔ)償；：主要是刀具長度補(bǔ)償； 外圓車刀：即需求刀具半徑補(bǔ)償，也需求縱橫兩個(gè)坐標(biāo)方向的刀具長外圓車刀：即需求刀具半徑補(bǔ)償，也需求縱橫兩個(gè)坐標(biāo)方向的刀具長度補(bǔ)償。度補(bǔ)償。立銑刀ZX鉆頭XZ外圓車刀4、空間刀具半徑補(bǔ)償1根本原理假設(shè)CNC 系統(tǒng)具有三維刀具半徑補(bǔ)償功能,切削加工的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)踐上是由CNC 系統(tǒng)進(jìn)展計(jì)

5、算,因此,三維刀具半徑補(bǔ)償原理與刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算原理是一致的。所謂刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)是指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中每一位置所需的數(shù)據(jù)。計(jì)算刀位點(diǎn)的數(shù)據(jù),既可以是刀心點(diǎn)的坐標(biāo),也可以是刀尖點(diǎn)的坐標(biāo)。本文一致采用刀心點(diǎn)的坐標(biāo),那么數(shù)控機(jī)床操作人員丈量刀具長度都是從刀心點(diǎn)開場計(jì)算,而不能從刀尖點(diǎn)開場計(jì)算,如以下圖所示, L 表示刀具長度。然而，令刀具與加工外表切觸點(diǎn)P 的坐標(biāo)值為( x P , y P ,z P) , 加工外表在切觸點(diǎn)P 點(diǎn)的單位法矢量為n =( nx , ny , nz ) 。對于環(huán)形刀, 刀具半徑大于刃口半徑,當(dāng)切觸點(diǎn)P 的法矢量與刀軸不平行時(shí), 如圖2a 所示,其刀心O 點(diǎn)的坐標(biāo)為: 對于

6、端銑刀, 刃口半徑為零, 其刀心O點(diǎn)的坐標(biāo)為:對于球形刀,刃口半徑等于刀具半徑,如圖2c 所示,其刀心O 點(diǎn)的坐標(biāo)為:端銑刀和球形刀是環(huán)形刀的特殊方式, 是適宜于環(huán)形刀、 端銑刀及球銑刀的通用三維刀具半徑補(bǔ)償表達(dá)式。當(dāng)切觸點(diǎn)P 的法向矢量與刀軸平行(即nZ = 1)時(shí),刀心O 點(diǎn)坐標(biāo)按下式計(jì)算:利用以上對于平面刀具半徑補(bǔ)償原理以及空間坐標(biāo)變換原理的分析, 可以對五軸坐標(biāo)的空間刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)展研討, 首先在刀具途徑上選相鄰3點(diǎn), 然后以中間點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn), 中間點(diǎn)處刀軸方向?yàn)镺Z軸。建立不斷角坐標(biāo)系OXYZ。求出3點(diǎn)在新坐標(biāo)系下的坐標(biāo), 得出與3點(diǎn)相對應(yīng)的OXY平面上的3點(diǎn)坐標(biāo), 之后運(yùn)用平面刀具

7、半徑補(bǔ)償原理, 便可求出第2點(diǎn)經(jīng)過刀具半徑補(bǔ)償后的坐標(biāo), 經(jīng)過空間坐標(biāo)反變換原理, 求出其在OXYZ 基坐標(biāo)系下的坐標(biāo), 便可可實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)的半徑補(bǔ)償4 , 過程如圖2所示。2空間刀具半徑補(bǔ)償算法研討空間坐標(biāo)變換空間刀具半徑補(bǔ)償算法研討空間坐標(biāo)變換設(shè)刀軌途徑上的三點(diǎn)分別為P1 ( x1 , y1 , z1 ) 、P2 ( x2 , y2 , z2 ) 、P3 ( x3 , y3 ,z3 ) , 點(diǎn)P2 處刀軸的方向向量為( ax , ay , az ) , 與其相互垂直的恣意兩方向向量設(shè)為( nx , ny , nz ) 、( ox , oy , oz ) , 以點(diǎn)P2 為坐標(biāo)原點(diǎn)組成新坐標(biāo)系

8、OXYZ。其中坐標(biāo)系OXYZ與基坐標(biāo)系OXYZ 之間的齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣可表示為:式中: Ox、Oy、Oz 為坐標(biāo)系OXYZ原點(diǎn)在基坐標(biāo)系OXYZ 下的坐標(biāo)。點(diǎn)P2 即是點(diǎn)P2 經(jīng)過空間半徑補(bǔ)償后的對應(yīng)點(diǎn)。由CAD /CAM軟件生成的數(shù)控程序是根據(jù)編程刀具半徑計(jì)算出來的刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)實(shí)踐加工中刀具由于磨損而呵斥尺寸變化時(shí), 程序的反復(fù)運(yùn)用就遭到很大的限制, 這樣會(huì)呵斥程序維護(hù)不易, 消費(fèi)效率無法提高, 假設(shè)思索改換新刀具加工, 那么又存在添加備用刀具本錢的缺陷。假設(shè)所運(yùn)用的五軸CNC系統(tǒng)帶有以上所述的空間刀具半徑補(bǔ)償功能, 那么原有的程序和刀具依然可用, 只需在加工前丈量出刀具實(shí)踐半徑值即

9、可, 不用每次加工都保證所運(yùn)用刀具半徑與編程刀具半徑相等。如圖3所示的是運(yùn)用刀半徑補(bǔ)償功能前后對加工結(jié)果的影響。3空間刀具半徑補(bǔ)償算法研討方向矢量空間刀具半徑補(bǔ)償算法研討方向矢量刀具半徑矢量和方向矢量刀具半徑矢量是指加工過程中, 一直垂直于編程軌跡, 且大小等于刀具半徑值、方向指向刀具中心的矢量。方向矢量是指與刀具運(yùn)動(dòng)方向一致的單位矢量。圓弧的方向矢量指的是圓弧上某一點(diǎn)的切線方向, 其矢量方向是不斷變化的, 每一點(diǎn)的矢量方向均不一樣。刀心軌跡確實(shí)定先分析空間恣意一條直線的加工情況。如圖1所示, 設(shè)刀具半徑為R, 對于空間直線AB, 刀心軌跡從實(shí)際上是以直線AB 為軸線, 以R 為半徑的圓柱面上的任一素線。但是由于刀軸的限制, 刀心軌跡是半個(gè)圓柱面上的任一素線。素線的分界面是按下述方法確定的平面P: 過點(diǎn)B 作平面xOy 的垂線于D, 那么平面ABD 垂直于平面xOy。過AB 作