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CAD/CAM系统数控程序刀具轨迹生成方法

一种较好的刀具轨迹生成方法,不仅应该满足计算速度快、占用计算机内存少的要求,更重要的是要满足切削行距分布均匀、加工误差小且分布均匀、走刀步长分布合理、加工效率高等要求。

目前,比较常用的刀具轨迹生成方法主要有如下几种:
(1)参数线法——适用于曲面区域和组合曲面的加工编程;
(2)截平面法——适用于曲面区域、组合曲面、复杂多曲面和曲面型腔的加工编程;
(3)回转截面法——适用于曲面区域、组合曲面、复杂多曲面和曲面型腔的加工编程。
(4)投影法——适用于有干涉面存在的复杂多曲面和曲面型腔的加工编程。
(5)三坐标球形刀多面体曲面加工方法——适用于三角域曲面和散乱数据描述的曲面加工编程。
与刀具轨迹生成有关的几个基本概念
(1)切触点(cutting contact point)

指刀具在加工过程中与被加工零件曲面的理论接触点。对于曲面加工,不论采用什么刀具,从几何学的角度来看,刀具与加工曲面的接触关系均为点接触。

(2)切触点曲线(cutting contact curve)

指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触点曲线是生成刀具轨迹的基本要素,既可以显式地定义在加工曲面上,如曲面的等参数线、二曲面的交线等,也可以隐式定义,使其满足一些约束条件,如约束刀具沿导动线运动,而导动线的投影可以定义刀具在加工曲面上的切触点,还可以定义刀具中心轨迹,切触点曲线由刀具中心轨迹隐式定义。这就是说,切除点曲线可以是曲面上实在的曲线,也可以是对切触点的约束条件所隐含的“虚拟”曲线。

(3)刀位点数据(cutter location data,简称为CLData)

指准确确定刀具在加工过程中的每一位置所需的数据。原则上可定义刀具的任意位置为刀位点,实际中为计算的一致性和便于对刀调整,采用刀具轴线的顶端作为标准刀位点。一般来说,刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀具中心点和刀轴矢量来进行描述,其中刀具中心点可以是刀心点,也可以是刀尖点,视具体情况而定。

(4)刀具轨迹曲线

指在加工过程中由刀位点构成的曲线,即曲线上的每一点包含一个刀轴矢量。刀具轨迹曲线一般由切触点曲线定义刀具偏置计算得到,计算结束存放于刀位文件(CLData file)之中。

(5)导动规则

指曲面上切触点曲线的生成方法(如参数线法、截平面法)及一些有关加工精度的参数,如步长、行距、两切削行间的残余高度、曲面加工的盈余容差(out tolerance)和过切容差(inner tolerance)等。

(6)刀具偏置(tool offset)

由以上定义,可以将曲面加工刀具轨迹的计算过程简略地表述为:给出一张或多张待加工曲面(零件面),按导动规则约束生成切触点曲线,由切触点曲线按某种刀具偏置计算方法生成刀具轨迹曲线。由于一般的数控系统有线性、圆弧等少数几种插补功能,所以一般需将切触点曲线和刀具轨迹曲线按点串方式给出,并保证加工精度。

在个别情况下也有例外,如用球形刀三坐标加工比较光顺的曲面时,可以直接根据曲面计算得到其等距面,刀具轨迹曲线完全由等距面确定。这时切触点曲线的定义和刀具偏置计算融合在等距面的构造过程中,导动规则约束了等距面的离散,即刀位点的生成过程。

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