数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法研究(上)

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。
　　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
　　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。
　   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：
　　(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。