多軸聯動數控加工中轉向處理的新方法

在多軸聯動數控加工中，加工表面就是刀具沿著一條條連續的刀具軌跡切削后包絡而成的，因此刀具軌跡的生成技術是CAM系統中的關鍵技術之一，如何使刀具軌跡長度最短、排列更合理、加工更容易，是口前數控加工研究的一項重要課題。在連續切削過程中，從上一條軌跡的終止點到下一條軌跡的起始點，需要進行轉向處理，如圖1所示。轉向處理是否得當直接關係到加工效率、加工精度的高低以及加工的難易程度。但由於在較大零件的表面加工中，轉向軌跡量在總軌跡長度中所佔比例較小，所以轉向處理往往不太受重視，致使某些數控軟體由於採用了不盡合理的轉向處理方法而白白浪費了大量機時。
在多軸聯動數控加工中，既可以使用球頭刀具，也可以使用平底刀具。由於球頭刀的法矢具有自適應性，因此轉向處理方法比較煩瑣，轉向時刀軸轉動角度大，而且因為曲面邊界尚未切削出來，在轉向處理時，還必須考慮邊界切削問題。因此，本文提出一種簡單易行、高效的邊界轉向處理演算法。
1 避免邊界切削的方法
首先介紹避免邊界切削的方法。如圖1所示，有文獻把刀具切觸點M切出理論曲面外作為單條軌跡切削終止判據，此時邊界尚未完全切出，因此在轉向處理時，還需將尚未加工的邊界切削出來。作者採用與文獻不同的方法，把左、右切削寬度點P1、P2全部切出理想曲面作為單條軌跡的終止切削條件，這樣可保證一次走刀可以完全切出邊界。同時如果下一條軌跡線的起始點在理想曲面邊界內部，則應在其進給方向的反方向上插補一個刀位，使此插補刀位點位於曲面邊界上，這樣可以保證下一次走刀也可以完全切出邊界。

單條軌跡終止切削示意圖2 轉向處理過程
如圖2所示，轉向處理的具體過程是:從上條軌跡的終止點開始，即有效寬度切出后即轉向，在上條軌跡的終止刀位點和下一條軌跡的起始刀位點之間按直線插補幾個刀心，在兩刀軸矢量ac、a'c之間按銳角方向q也插補出相同數量的刀軸矢量，作為轉向刀位值，在實際加工中，就按照此刀位值進行走刀。在轉向過程中，不需要關心刀軸的姿態和邊界切削的情況，不進行殘留面積高度檢測，只進行干涉檢驗和修正。
轉向過程3 轉向處理中的干涉修正
干涉量d的大小可由其它文獻介紹的殘留面積檢測法求得。首先計算平底刀具的刀尖軌跡圓(圖1)上各點到理論曲面的距離t，當t>0時，則說明無過切干涉;當t<0時，說明刀尖在該點切人曲面，即發生過切干涉。最後再通過比較各干涉點t|的大小求得最大幹涉量d。干涉修正可直接採用抬刀的辦法，如圖3所示，即保持刀軸矢量不變的情況下，將刀具沿軸向抬高一個距離d'
d'=d/cosb (1)
式中：d為最大幹涉量；b為最大幹涉點處的單位法矢n與刀軸單位矢量ac的夾角，即b=cos-1(n·ac)。
修正後的刀位點的刀軸矢量不變，刀心矢量為
r'c=rcd'ac (2)
式中：rc為修正前的刀心矢量。
轉向過程干涉處理4 結論
在數控切削加工時，銑刀應該逐漸進人實際曲面的切削位置，起刀點位於曲面之外。切削完畢后，銑刀應沿進給方向走出曲面，停刀於曲面之外。在切削到邊界時，應保證邊界曲面完整地切削出來。本文介紹的轉向處理方法很好地滿足了上述要求，並且簡單易行，大大提高了邊界切削的效率。