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数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法研究

时间:2014-06-25  数控技术网  http://tech.cncproduct.com
  本文针对数控车削加工的特点,结合被加工零件的特征,提出了数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法。该算法在实际应用中,取得了理想的效果。
1 零件图的预处理
根据数控车削加工的特点,零件的加工工艺分为:孔加工(包括打中心孔),外(内)表面加工、退刀槽及螺纹加工,根据表面质量的要求,又分为粗加工、半精加工和精加工等工艺。数控车削加工刀具轨迹的规划,重点是外(内)表面粗加工时刀具轨迹的规划处理。对退刀槽、螺纹这样的零件特征在进行表面粗加工时将其用表面代替,如图1。数控加工中为减少多次安装带来的安装误差,一般采用一次装夹,对那些需要调头加工的部位则采取右偏刀反向走刀切削。此外,对端面的加工有时选取向下的切削方向。因此加工时的切削方向分为向左、向右和向下的切削方向。

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图1

对于倒角和倒圆角等工艺的处理在算法上将其作为表面处理。对反向走刀切削时的刀具轨迹规划的算法与正向切削时类似,对内表面加工时刀具轨迹规划的算法与外表面切削时也相类似。另外对精加工时的刀具轨迹规划,以及退刀槽和螺纹加工的刀具轨迹规划处理也较为容易。一般,为减少刀具轨迹生成算法的复杂性,在刀具轨迹生成前对零件进行刀具干涉处理(刀具干涉处理的算法另文讨论)。本文仅讨论正向切削外表面时粗加工刀具轨迹生成的算法。
2 刀具轨迹生成的算法

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图2

由于粗加工刀具轨迹规划是从毛坯开始的,因此生成刀具轨迹时必须考虑毛坯的形状,并且随着工步的不同,其毛坯的形状也是不同的,此即工艺毛坯。由于在轨迹生成前已经进行过刀具干涉的处理,所在刀具轨迹生成时主要考虑的是零件图形的特征。经过零件图的预处理后,零件图形是由直线和圆弧所构成的连续表面,其中的关键是对图形中凹槽的识别和处理。
如图2所示,零件图形经过处理后,其粗加工的外表面轮廓为ABCDEPFGHIQJKM,经刀具切削方向为左时干涉处理后,其轮廊为ABCDPEFGHQJKM,其阴影部分为欠切削部分,在下一工步加工时,反向走刀切削时的刀具的起点分别为P点和Q点,通过反向向右走切切除其残留部分,从而形成所要求的零件轮廓QIH和PED。
经过零件图的预处理和刀具干涉处理后,对外表面轮廓粗加工切削的刀具轨迹生成算法如下:

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图3


(1)将零件图形转化为一单调不减的轮廓。如图2,从切削加工工艺给定的加工起始点开始,逐线段检查其起点和终点z坐标的大小。当线段的终点x坐标小于其起点的x坐标时,此时轮廓由上升的曲线转为下降的曲线,将其后递减的轮廓曲线用过峰值点的水平线DD'代替图中凹槽DEPFD,依此类推,分别识别出零件所有的凹槽,将整个零件转化为一单调不减的轮廓曲线,如图中ABCDD',GHH'-KM的轮廓曲线,根据切削加工工艺所确定的起点和终点的刀具切入和切出时的方向,将所要切削的部分构成一封闭图形。如图2由轮廓ABCDD'GHH'GHH'KM,毛坯轮廓 A'B'C'(工艺毛坯轮廓)及AA'和MC'构成,对这一封闭图形,按照切削方向、切削深度等参数确定此时刀具的轨迹。当切削的方向为水平向左时,其步骤为:①确定刀具切削加工的封闭图形区域。②处理边界线。在封闭图形中如有和刀具走刀方向相同的线段则将其剔除,将零件轮廓线作为左边界,其余部分为右边界,用过左边界节点的水平线与右边界相截,求其对应的点;同样,对左边界进行同样的处理,此时左右边界为具有相同段数,且每段起止x坐标相同的轮廓线。③确定刀具的切入点和切出点。用等距(其距离即为切削深度)的水平直线分别与左右边界求交点,右交点即为刀具切削被加工零件时的切入点,图2中的XP,其左交点与上一左交点间的曲线即为零件的轮廓曲线。图2中的XL-XLL,刀具的轨迹即为零件的轮廓曲线,切出点为上一左交点,如图2中的XLL点。
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