數(shù)控車削刀具軌跡自動生成的算法研究

  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(nèi)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(fù)雜性，在刀具軌跡生成前對零件進(jìn)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(jīng)進(jìn)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(jīng)過零件圖的預(yù)處理后，零件圖形是由直線和圓弧所構(gòu)成的連續(xù)表面，其中的關(guān)鍵是對圖形中凹槽的識別和處理。

   如圖2所示，零件圖形經(jīng)過處理后，其粗加工的
外表面輪廓為ABCDEPFGHIQJKM，經(jīng)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。
                                                     
                                                                                      圖2

   經(jīng)過零件圖的預(yù)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(zhuǎn)化為一單調(diào)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(biāo)的大小。當(dāng)線段的終點x坐標(biāo)小于其起點的x坐標(biāo)時，此時輪廓由上升的曲線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為一單調(diào)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(gòu)成一封閉圖形。如圖2由輪廓ABCDD'GHH'GHH'KM，毛坯輪廓 A'B'C'(工藝毛坯輪廓)及AA'和MC'構(gòu)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。當(dāng)切削的方向為水平向左時，其步驟為：①確定刀具切削加工的封閉圖形區(qū)域。②處理邊界線。在封閉圖形中如有和刀具走刀方向相同的線段則將其剔除，將零件輪廓線作為左邊界，其余部分為右邊界，用過左邊界節(jié)點的水平線與右邊界相截，求其對應(yīng)的點；同樣，對左邊界進(jìn)行同樣的處理，此時左右邊界為具有相同段數(shù)，且每段起止x坐標(biāo)相同的輪廓線。③確定刀具的切入點和切出點。用等距(其距離即為切削深度)的水平直線分別與左右邊界求交點，右交點即為刀具切削被加工零件時的切入點，圖2中的XP，其左交點與上一左交點間的曲線即為零件的輪廓曲線。圖2中的XL-XLL，刀具的軌跡即為零件的輪廓曲線，切出點為上一左交點，如圖2中的XLL點。④確定刀具返回時的軌跡。此軌跡為刀具的空行程軌跡，如圖中XLL-S-T。⑤
重復(fù)上述過程直至到達(dá)輪廓的起點。
    (2)凹槽輪廓處理，如圖2，從給定的零件起點開始搜索，當(dāng)線段的終點x坐標(biāo)，大于其起點的x坐標(biāo)時，即為一谷點，繼續(xù)向后搜索直到峰值點，此由峰峰點間的線段所構(gòu)成的輪廓即為凹槽，此時所要切削的部分是由工藝毛坯輪廓和經(jīng)處理后零件輪廓構(gòu)成的一封閉圖形，刀具的切入和切出點即為二條曲線的交點，如圖中2的D點和D'點，對這一封閉圖形的加工，其算法同(1)所述。
    (3)欠切削部分的切除，為避免刀具干涉，在某一方向切削時隨零件的輪廓形狀不同，有可能產(chǎn)生欠切削的殘留部分，如圖中的陰影部分。為此在零件的加工工藝中，通過反向走刀切削切除其殘留部分。此時的切削部分是由工藝毛坯和留有精加工余量的零件輪廓所構(gòu)成的一封閉圖形，刀具的切入和切出點即為二條曲線的交點(圖2)，對這一封閉圖形的加工刀具軌跡的生成算法同(1)所述相同。
    (4)對于切削方向為向右和向下時，其刀具軌跡的生成算法和向左切削時相類似。

零件外表面粗加工刀具軌跡生成的流程圖見圖3。
                                                                           
                                                                                                          圖3