基于ANCA机床的CAD/CAM接口技术研究

论文摘要

随着数控加工技术的快速发展,现代制造体系已能加工出各种结构形式复杂、功能多样化的产品。而刀具的设计和制造则是实现机械制造系统加工功能的重要保证之一。为了适应高速发展的数控加工需求,刀具设计和制造技术必然朝着集数学理论、计算机应用技术、现代设计方法等于一体的高新技术方向发展,且利用三维CAD/CAM软件进行刀具设计开发和制造已经成为主要的开发方式。而制约刀具行业发展的主要因素是机床,能否设计生产高精度、高智能的数控工具磨床已经成为衡量该行业发展水平的重要标志。而我国国内的刀具企业的刀具加工机床基本采用进口设备。但此类设备对诸多功能模块进行了固化保密处理,使刀具的设计和加工都对机床的依赖性过大,从而陷入“工艺决定设计”的僵局,并极大地束缚了刀具行业的创新和新产品的开发。本文针对国内某刀具行业龙头企业大量使用的高精度数控工具磨床,ANCATX7+磨床,进行磨床与三维CAD/CAM软件UG之间的接口技术研究。本接口技术研究主要集中在基于UG软件的ANCA机床专用后置处理器的设计开发。基于机床的结构和运动链传递方式,本研究采用D-H法和齐次坐标法建立了机床的运动变换模型；并对机床各轴运动分量进行求解,从而为后置处理器的实现奠定了坚实基础。通过分析五轴联动数控机床所特有的非线性误差的产生机理,建立了机床的非线性误差模型,并采用刀位加密法有效地解决了误差超差问题,实现了对误差的有效控制并优化了刀位轨迹。此外,本研究经过对刀位源文件（CLSF文件）和NC代码的分析,得出了两种代码之间的相互对应关系；并根据数控程序段的结构特点,提出了采用命令字翻译和坐标值赋值两种方法相结合的方式来进行代码转换。本论文的研究对专用后置处理器的最终开发奠定了坚实的理论基础；并对扩大机床的工艺范围,打破机床束缚设计的僵局等有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 数控工具磨床综述
• 1.1.1 数控工具磨床的发展概况
• 1.1.2 数控工具磨床发展前景
• 1.2 CAD/CAM技术综述
• 1.2.1 CAD/CAM技术发展概况
• 1.2.2 CAD/CAM技术发展趋势
• 1.3 接口技术综述
• 1.3.1 基本概念
• 1.3.2 后置处理技术的国内外发展概况
• 1.4 本课题研究目的意义、课题来源及论文研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究的目的和意义
• 1.4.3 论文研究内容及组成
• 第2章 刀具的CAD/CAM
• 2.1 典型CAD/CAM软件—UG介绍
• 2.2 刀具的三维参数化模型建立
• 2.2.1 三维参数化设计与三维建模方式
• 2.2.2 刀具三维参数化模型的建立流程及实例
• 2.3 刀具的CAM
• 2.3.1 UG CAM模块介绍
• 2.3.2 UG CAM具体操作流程及实例
• 2.3.3 刀具路径仿真及后续处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 机床的运动计算
• 3.1 机床运动变换
• 3.1.1 齐次坐标变换及D-H法
• 3.1.2 机床运动模型建立
• 3.2 各轴运动求解
• 3.2.1 平动运动求解
• 3.2.2 旋转运动求解
• 3.3 计算模型验证
• 3.3.1 初始位置校验
• 3.3.2 典型加工轨迹校验
• 3.4 本章小结
• 第4章 机床的非线性误差校验及进给速度校核
• 4.1 非线性误差产生机理
• 4.2 非线性误差控制策略
• 4.2.1 非线性误差模型的建立
• 4.2.2 非线性误差计算与超差补偿控制方法
• 4.3 进给速度的校核与修正
• 4.3.1 恒表面进给速度
• 4.3.2 运动轴速度、加速度限制
• 4.4 本章小结
• 第5章 数控代码转换
• 5.1 数控技术概述
• 5.1.1 坐标轴与坐标系确定
• 5.1.2 数控编程的特征点
• 5.1.3 数控加工的补偿
• 5.2 CLSF文件与数控代码分析及相互转换
• 5.2.1 数控编程代码分析
• 5.2.2 刀位源文件（CLSF文件）分析
• 5.2.3 代码转化
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢