數(shù)控車削加工刀具軌跡自動生成的算法研究(上)

本文針對數(shù)控車削加工的特點，結合被加工零件的特征，提出了數(shù)控車削加工刀具軌跡自動生成的算法。該算法在實際應用中，取得了理想的效果。
　　1零件圖的預處理
　　根據(jù)數(shù)控車削加工的特點，零件的加工工藝分為：孔加工(包括打中心孔)，外(內)表面加工、退刀槽及螺紋加工，根據(jù)表面質量的要求，又分為粗加工、半精加工和精加工等工藝。數(shù)控車削加工刀具軌跡的規(guī)劃，重點是外(內)表面粗加工時刀具軌跡的規(guī)劃處理。對退刀槽、螺紋這樣的零件特征在進行表面粗加工時將其用表面代替，如圖1。數(shù)控加工中為減少多次安裝帶來的安裝誤差，一般采用一次裝夾，對那些需要調頭加工的部位則采取右偏刀反向走刀切削。此外，對端面的加工有時選取向下的切削方向。因此加工時的切削方向分為向左、向右和向下的切削方向。
　　對于倒角和倒圓角等工藝的處理在算法上將其作為表面處理。對反向走刀切削時的刀具軌跡規(guī)劃的算法與正向切削時類似，對內表面加工時刀具軌跡規(guī)劃的算法與外表面切削時也相類似。另外對精加工時的刀具軌跡規(guī)劃，以及退刀槽和螺紋加工的刀具軌跡規(guī)劃處理也較為容易。一般，為減少刀具軌跡生成算法的復雜性，在刀具軌跡生成前對零件進行刀具干涉處理(刀具干涉處理的算法另文討論)。本文僅討論正向切削外表面時粗加工刀具軌跡生成的算法。
　　2刀具軌跡生成的算法
　　由于粗加工刀具軌跡規(guī)劃是從毛坯開始的，因此生成刀具軌跡時必須考慮毛坯的形狀，并且隨著工步的不同，其毛坯的形狀也是不同的，此即工藝毛坯。由于在軌跡生成前已經進行過刀具干涉的處理，所在刀具軌跡生成時主要考慮的是零件圖形的特征。經過零件圖的預處理后，零件圖形是由直線和圓弧所構成的連續(xù)表面，其中的關鍵是對圖形中凹槽的識別和處理。
　   零件圖形經過處理后，其粗加工的外表面輪廓為ABCDEPFGHIQJKM，經刀具切削方向為左時干涉處理后，其輪廊為ABCDPEFGHQJKM，其陰影部分為欠切削部分，在下一工步加工時，反向走刀切削時的刀具的起點分別為P點和Q點，通過反向向右走切切除其殘留部分，從而形成所要求的零件輪廓QIH和PED。
　　經過零件圖的預處理和刀具干涉處理后，對外表面輪廓粗加工切削的刀具軌跡生成算法如下：
　　(1)將零件圖形轉化為一單調不減的輪廓。如圖2，從切削加工工藝給定的加工起始點開始，逐線段檢查其起點和終點z坐標的大小。當線段的終點x坐標小于其起點的x坐標時，此時輪廓由上升的曲線轉為下降的曲線，將其后遞減的輪廓曲線用過峰值點的水平線DD'代替圖中凹槽DEPFD，依此類推，分別識別出零件所有的凹槽，將整個零件轉化為一單調不減的輪廓曲線，如圖中ABCDD'，GHH'-KM的輪廓曲線，根據(jù)切削加工工藝所確定的起點和終點的刀具切入和切出時的方向，將所要切削的部分構成一封閉圖形輪廓ABCDD'GHH'GHH'KM，毛坯輪廓A'B'C'(工藝毛坯輪廓)及AA'和MC'構成，對這一封閉圖形，按照切削方向、切削深度等參數(shù)確定此時刀具的軌跡。