複雜曲面數控加工技術與多軸編程實例教程（簡體書）

李體仁，男，陜西科技大學副教授，碩士生導師。長期從事高速切削技術與數控多軸加工技術研究。曾在上海、陜西省大中型企業工作十二年，並從事數控加工，數控車間技術管理工作。有兩次到德國學習經歷，其中2009-2010在德國馬格德堡大學作為期一年的訪問學者，與多家省內、國內大企業有良好的合作關係，能為做學術、專業、工程碩士提供良好的企業實踐環境。以一作（執筆人）發表論文20篇以上，主編或參與編寫教材、著作12部。授權實用新型專利十余項。2017年完成橫向項目兩項，截止10月份到位經費24萬元。

本書以曲面數控加工理論為基礎，配合典型的2.5軸、三軸、多軸數控案例。曲面加工理論與應用內容包含複雜形狀零件的數控加工工藝、自由曲線與自由曲面的基本原理、2.5軸、3軸、多軸數控銑削加工編程技術，數控加工仿真等內容，案例選取典型，包含工藝分析、刀路策略選擇、仿真加工等內容，保證數控加工的正確性、安全性、可靠性。理論聯繫實際，工程應用價值高。

多軸加工技術，對我國航空航天、軍事、精密器械、高精醫療設備等行業的發展有著重要的影響，促進了我國製造業向著高端轉變，產品加工質量及生產效率得到提升。當前，世界之變、時代之變、歷史之變正以前所未有的方式展開，黨的二十大提出，堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，推進新型工業化進程，加快建設製造強國、質量強國。黨的二十大為製造業高質量發展指明了前進方向。多軸加工技術更廣泛、高效的應用，是進一步提升我國製造業水平的有效方式之一。
多軸加工技術從加工的角度看，其技術重點——複雜形狀零件的加工，一直是數控加工和CAD/CAM技術的主要研究與應用物件。為此，筆者結合多年從事數控加工技術研究與實踐的經驗編寫了這本書，介紹了複雜形狀零件多軸數控加工的有關理論、方法，hyperMILL軟件的工法和綜合使用，力圖從實用的角度結合hyperMILL應用對多軸數控加工技術進行系統介紹，以促進我國多軸數控加工技術的應用與教學水平提升。
本書內容涉及複雜曲面形狀零件的幾何建模，數控編程和加工工藝，自由曲線與自由曲面的基本原理，二維、三坐標、多軸、葉輪、葉片銑削加工編程技術。各章按照基本理論、hyperMILL工法、綜合案例應用的順序編寫。同時，本書配套了hyperMILL工法使用和綜合案例編程的講解視頻，並提供全部模型、刀路文檔等，以便讀者更容易學習和掌握多軸加工技術和應用。
本書第1、3、4、5章由陜西科技大學李體仁編寫，第2章由陜西科技大學楊立軍編寫，第6章由大唐西北電力試驗研究院郭文翰與陜西科技大學楊培基編寫，全書由李體仁、楊立軍、李夏霜、孫建功統稿並整理。楊立軍、孫建功、李夏霜、王雅雯、王啟、趙耕伯、高磊、張超、張辛完成了視頻錄制。在本書的編寫過程中，陜西科技大學賀行、王啟、趙耕伯、高磊、張超、王昊瑋、雷卓、錢正陽等完成了部分繪圖與文字整理工作。
本書可供從事CAD/CAM技術、機床數控技術和數控加工技術研究、教學與生產等的專業人員，以及高等工科院校本科生、研究生學習參考。
多軸數控加工技術中仍有很多理論與技術問題有待進一步研究與完善，此外，由於筆者水平有限，書中難免出現疏漏，懇請廣大讀者批評指正。

編著者

第1章複雜曲面形狀零件的數控編程和加工工藝001
1.1數控編程001
1.1.1CAM001
1.1.2CAD/CAM系統數控編程的基本步驟002
1.1.3產品數據交換標準003
1.1.4數控編程技術的發展004
1.1.5CAM軟件發展方向004
1.1.6編程技術在國內的發展006
1.2數控加工中的坐標系006
1.2.1數控機床坐標系006
1.2.2工件坐標系007
1.2.3局部坐標系008
1.2.4用戶（加工）坐標系008
1.3機床與刀具008
1.3.1三坐標軸數控銑床009
1.3.2四坐標軸數控銑床009
1.3.3五坐標軸數控機床009
1.3.4刀具類型及其工藝特點012
1.3.5順銑和逆銑014
1.3.6刀具加工中的變形015
1.3.7刀具的夾緊方式016
1.3.8刀具的選擇017
1.4工件的裝夾018
1.4.1柔性夾具018
1.4.2零點快換定位基準系統020
1.4.3工件裝夾方式的確定023
1.5在線測量024
1.5.1數控機床在線測量系統的原理和組成024
1.5.2機床在線測量過程024
1.5.3測量加工一體化的應用025
1.6數控加工中的其他問題026
1.7hyperMILL介紹028
1.7.1hyperMILL與CAD028
1.7.2hyperMILL界面029
1.7.3hyperMILL基本設定029
1.7.4hyperMILL瀏覽器031
1.7.5從模型到 NC 程序032
1.8實例036
1.8.1零件工藝分析和工藝規程制訂036
1.8.2夾具、零件CAD模型準備037
1.8.3hyperMILL的基本設置039
1.8.4刀具軌跡生成043
1.8.5模擬加工053
1.8.6後置處理生成NC程序058

第2章自由曲線與自由曲面的基本原理0061
2.1曲線和曲面的表達061
2.1.1一階Bezier曲線的生成原理062
2.1.2二階Bezier樣條曲線的生成方式063
2.1.3自由曲面的生成064
2.1.4利用CAD軟件生成自由曲線、曲面065
2.2曲面連接質量的評價066
2.2.1曲線、曲面的連續性分析066
2.2.2曲率梳067
2.2.3斑馬線067
2.3hyperCAD-S069
2.3.1hyperCAD-S基本操作069
2.3.2曲線、曲面的製作和編輯071
2.3.3綜合實例078

第3章二維數控銑削加工編程技術0082
3.1二維外形輪廓銑削數控加工刀具軌跡生成082
3.1.1二維外形輪廓（profile）加工082
3.1.2輪廓銑削刀具軌跡生成086
3.2二維型腔數控加工刀具軌跡生成086
3.2.1二維型腔加工086
3.2.2二維型腔加工的刀路生成過程087
3.2.3型腔垂直方向的層切法加工091
3.3孔加工091
3.4平面銑削刀具軌跡生成092
3.5二維數控加工編程參數094
3.6hyperMILL工法的基本操作095
3.6.1工具欄的開啟和主要工具按鈕的作用095
3.6.2hyperMILL瀏覽器中工法的主要操作096
3.6.3加工工法的建立和編輯098
3.72D工法100
3.7.1型腔加工100
3.7.2輪廓銑削102
3.7.33D輪廓銑104
3.7.4面銑105
3.7.5孔加工106
3.8基於“特徵”的NC編程107
3.8.1特徵識別108
3.8.2使用特徵進行NC編程108
3.8.3平面特徵編程110
3.8.4型腔特徵編程110
3.8.5單一孔特徵編程111
3.8.6孔包覆特徵編程112
3.92D工法113
3.10綜合案例115

第4章三坐標數控銑削加工編程技術119
4.1刀具路徑基礎119
4.1.1刀具路徑規劃中的關鍵術語119
4.1.2刀位點的計算和刀路的評價122
4.1.3刀具軌跡生成策略124
4.1.4傳統的刀具路徑規劃方法125
4.2三軸數控銑削加工刀具軌跡生成方法126
4.2.1粗加工刀具路徑生成的主要方法126
4.2.2精加工刀具路徑生成127
4.3補加工刀具路徑生成137
4.4刀具干涉和檢查139
4.4.1面內干涉139
4.4.2運動干涉139
4.4.3面間干涉139
4.5hyperMILL 3D工法140
4.5.13D加工工法的組成和作用141
4.5.23D銑削工法148
4.6模具加工綜合案例152
4.6.1模具各組成件的結構和加工方法153
4.6.2加工的基本過程155

第5章多軸數控銑削加工編程技術167
5.1五軸數控機床加工特點167
5.2五軸數控機床銑削方式168
5.3多軸加工分類170
5.3.1五軸聯動加工170
5.3.2定向加工170
5.3.3多軸加工171
5.3.4固定軸加工171
5.4刀軸矢量171
5.4.1刀軸矢量在局部坐標系的表示172
5.4.2刀軸矢量的定義方法173
5.4.3刀軸矢量控制174
5.5RTCP功能和作用176
5.5.1RTCP的基本功能176
5.5.2RTCP在編程中的作用178
5.6專用的五軸機床後置處理178
5.6.1五軸聯動機床控制點、刀具中心點的運動關係179
5.6.2五軸聯動機床坐標變換179
5.6.3不同五軸機床結構的坐標變換180
5.6.4軌跡運動產生非線性誤差183
5.7hyperMILL五軸編程184
5.7.1型腔循環184
5.7.2五軸型腔銑削刀軸的運動行為184
5.7.3型腔循環的工法187
5.8曲面循環189
5.8.1曲面循環五軸參數191
5.8.2曲面循環中的5X單曲線側刃加工192
5.8.3曲面循環中的5X形狀偏置粗加工193
5.9綜合案例193
5.9.1定子螺旋曲面數控編程、加工193
5.9.2內球、軌道曲面的數控編程、加工196
5.9.3變半徑球面螺旋軌道數控編程、加工201
5.9.4石油鉆頭體的數控編程、加工204
5.9.5組合式六角亭的數控編程、加工210

第6章葉輪、葉片銑削加工編程技術217
6.1葉輪銑削加工編程技術217
6.1.1葉輪的組成217
6.1.2葉輪的加工流程和工法217
6.1.3整體葉輪加工219
6.2葉片加工223
6.2.1葉片加工特點和特徵加工策略223
6.2.2整體葉片加工224
6.2.3葉片特徵加工225

參考文獻228