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CAD/CAM系統數控程序刀具軌跡生成方法

一種較好的刀具軌跡生成方法,不僅應該滿足計算速度快、占用計算機內存少的要求,更重要的是要滿足切削行距分布均勻、加工誤差小且分布均勻、走刀步長分布合理、加工效率高等要求。

目前,比較常用的刀具軌跡生成方法主要有如下幾種:
(1)參數線法——適用于曲面區域和組合曲面的加工編程;
(2)截平面法——適用于曲面區域、組合曲面、復雜多曲面和曲面型腔的加工編程;
(3)回轉截面法——適用于曲面區域、組合曲面、復雜多曲面和曲面型腔的加工編程。
(4)投影法——適用于有干涉面存在的復雜多曲面和曲面型腔的加工編程。
(5)三坐標球形刀多面體曲面加工方法——適用于三角域曲面和散亂數據描述的曲面加工編程。
與刀具軌跡生成有關的幾個基本概念
(1)切觸點(cutting contact point)

指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點。對于曲面加工,不論采用什么刀具,從幾何學的角度來看,刀具與加工曲面的接觸關系均為點接觸。

(2)切觸點曲線(cutting contact curve)

指刀具在加工過程中由切觸點構成的曲線。切觸點曲線是生成刀具軌跡的基本要素,既可以顯式地定義在加工曲面上,如曲面的等參數線、二曲面的交線等,也可以隱式定義,使其滿足一些約束條件,如約束刀具沿導動線運動,而導動線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點,還可以定義刀具中心軌跡,切觸點曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說,切除點曲線可以是曲面上實在的曲線,也可以是對切觸點的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。

(3)刀位點數據(cutter location data,簡稱為CLData)

指準確確定刀具在加工過程中的每一位置所需的數據。原則上可定義刀具的任意位置為刀位點,實際中為計算的一致性和便于對刀調整,采用刀具軸線的頂端作為標準刀位點。一般來說,刀具在工件坐標系中的準確位置可以用刀具中心點和刀軸矢量來進行描述,其中刀具中心點可以是刀心點,也可以是刀尖點,視具體情況而定。

(4)刀具軌跡曲線

指在加工過程中由刀位點構成的曲線,即曲線上的每一點包含一個刀軸矢量。刀具軌跡曲線一般由切觸點曲線定義刀具偏置計算得到,計算結束存放于刀位文件(CLData file)之中。

(5)導動規則

指曲面上切觸點曲線的生成方法(如參數線法、截平面法)及一些有關加工精度的參數,如步長、行距、兩切削行間的殘余高度、曲面加工的盈余容差(out tolerance)和過切容差(inner tolerance)等。

(6)刀具偏置(tool offset)

由以上定義,可以將曲面加工刀具軌跡的計算過程簡略地表述為:給出一張或多張待加工曲面(零件面),按導動規則約束生成切觸點曲線,由切觸點曲線按某種刀具偏置計算方法生成刀具軌跡曲線。由于一般的數控系統有線性、圓弧等少數幾種插補功能,所以一般需將切觸點曲線和刀具軌跡曲線按點串方式給出,并保證加工精度。

在個別情況下也有例外,如用球形刀三坐標加工比較光順的曲面時,可以直接根據曲面計算得到其等距面,刀具軌跡曲線完全由等距面確定。這時切觸點曲線的定義和刀具偏置計算融合在等距面的構造過程中,導動規則約束了等距面的離散,即刀位點的生成過程。

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