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數控車(chē)削加工刀具干涉處理的算法研究

更新時(shí)間:2020-10-16

在數控自動(dòng)編程系統中,刀具軌跡的自動(dòng)生成中存在刀具角度的干涉處理問(wèn)題。本文針對數控車(chē)削加工中的刀具角度干涉,提出了刀具角度干涉處理的算法,經(jīng)實(shí)際應用檢驗,效果良好。
1 刀具干涉處理前的零件圖預處理
按數控車(chē)削加工的零件特征,可將零件分為:外(內)表面、倒角、退刀槽及螺紋。由于車(chē)削加工的特點(diǎn),在刀具干涉處理中將退刀槽及螺紋先用外表面代替,從而對零件加工時(shí)的刀具干涉處理,只需考慮表面加工時(shí)的刀具干涉。
2 刀具干涉處理算法
通過(guò)對零件圖進(jìn)行干涉前預處理,此時(shí)被加工的零件輪廓由直線(xiàn)和圓弧組成,因此數控車(chē)削加工時(shí)刀具干涉處理僅僅是對直線(xiàn)和圓弧加工時(shí)的干涉處理。
為減少多次安裝帶來(lái)的安裝誤差,數控加工中一般采用一次裝夾。對那些需要調頭加工的部位則采取右偏刀反向走刀切削,對反向走刀切削的刀具干涉處理算法與正向切削時(shí)類(lèi)似。此外對內表面加工時(shí)刀具干涉處理的算法與外表面切削時(shí)也相類(lèi)似。因此本文擬就對正向切削外表面時(shí)的刀具干涉處理的算法加以討論。
如圖1,零件輪廓如為直線(xiàn)則用有向線(xiàn)段表示,如為過(guò)象限圓弧,則將其分解。刀具為左偏刀,刀具副切削刃與z坐標軸的夾角為α,β為零件輪廓直線(xiàn)與z坐標軸的夾角,如圖2。
切削直線(xiàn)時(shí)的刀具干涉處理算法
如圖2,當β≤α時(shí),刀具切削加工時(shí)無(wú)干涉。
當β>α時(shí),如圖2中線(xiàn)段C,該刀具加工到此處時(shí)將留下圖中陰影的殘留部分。為切出殘留部分,可通過(guò)改變刀具角度,或者通過(guò)反向走刀切削切除。為減少更換刀具次數和統一刀具干涉處理的算法,本算法采用反向走刀的方法切除其殘留部分。如圖2中,將其線(xiàn)段C轉化為角度為α的直線(xiàn)C`,對殘留部分在下一工步采用右偏刀切削,切削的起刀點(diǎn)定位在圖中Q點(diǎn),刀具的軌跡為QDC,C為終點(diǎn)。經(jīng)過(guò)正反向切削即可加工出零件圖的輪廓形狀。
切削圓弧時(shí)的刀具干涉處理算法
當零件輪廓為第Ⅰ象限圓弧時(shí),刀具切削該圓弧時(shí)無(wú)干涉。
零件輪廓為第Ⅱ象限圓弧時(shí),隨零件輪廓圓弧的起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置不同,切削時(shí)有可能產(chǎn)生刀具干涉。如圖3(a),作角度為α的直線(xiàn)L與圓弧C相切,其切點(diǎn)為T(mén),當被切削圓弧的起點(diǎn)位于切點(diǎn)T的左邊時(shí)則存在干涉.將圓弧C分解為圓弧C‘和C”。切削C’時(shí)將不會(huì )產(chǎn)生干涉,而切削C”時(shí)將產(chǎn)生干涉,為此將圓弧C”用其切線(xiàn)TP代替,同時(shí)增加輔助線(xiàn)PD(PD為過(guò)本段圓弧終點(diǎn)與切線(xiàn)相交的垂線(xiàn)),增加此輔助線(xiàn)的目的是為算法實(shí)現的方便.在后續的處理中,對此段圓弧用切線(xiàn)代替后的處理如同上述對直線(xiàn)的處理。同樣對該輔助線(xiàn)處理也轉化為上述對直線(xiàn)的處理。
當零件輪廓為第Ⅲ象限時(shí),切削時(shí)刀具無(wú)干涉。
零件輪廓為第Ⅳ象限時(shí),切削加工視刀具角度的不同有可能產(chǎn)生嚴重的干涉。如圖3(b),過(guò)圓弧的起點(diǎn)作角度為α的直線(xiàn)L,求直線(xiàn)與圓弧的交點(diǎn),如交點(diǎn)存在,交點(diǎn)左側切削無(wú)干涉,而右側切削有干涉。將圓弧在交點(diǎn)處截斷,將右側的圓弧轉化為角度α的直線(xiàn)L。如交點(diǎn)不在該圓弧上,則將圓弧轉化為角度為α的直線(xiàn)L,同時(shí)過(guò)圓弧終點(diǎn)作垂直輔助線(xiàn),如圖3(c)。其殘留部分的處理同上所述通過(guò)反向切削時(shí)切除。
3 算法實(shí)現
根據上述的算法原理,通過(guò)對零件圖特征的分析,在算法實(shí)現的程序設計中對刀具干涉的處理,可分為如下三種情況:
直線(xiàn)與直線(xiàn)相連接;
直線(xiàn)與圓弧相連接;
圓弧。
直線(xiàn)與直線(xiàn)相連接的處理.如切削直線(xiàn)時(shí)存在刀具干涉,如圖4(a),則將該直線(xiàn)用角度為α的直線(xiàn)L代替,同時(shí)求該直線(xiàn)與后續直線(xiàn)的交點(diǎn).如有交點(diǎn),則在交點(diǎn)處將直線(xiàn)截斷,交點(diǎn)的右部分直線(xiàn)轉化為角度為α的直線(xiàn).如無(wú)交點(diǎn)或交點(diǎn)不在直線(xiàn)上,則下一直線(xiàn)也轉化為角度α的直線(xiàn).其終點(diǎn)的z坐標為該線(xiàn)段的z坐標,同時(shí)增加垂直輔助線(xiàn),如圖4(b)。
當直線(xiàn)接第Ⅰ象限圓弧時(shí),刀具切削圓弧時(shí)無(wú)干涉,但如切削直線(xiàn)有干涉存在,將直線(xiàn)轉化為角度為α的直線(xiàn)L如圖5(a)。則圓弧的起點(diǎn)被修改為直線(xiàn)L與該圓弧的交點(diǎn)。如無(wú)交點(diǎn)則表明該段圓弧位于該直線(xiàn)下,此時(shí)將該圓弧也轉化為角度為α的直線(xiàn),其終點(diǎn)z坐標為該圓弧的終點(diǎn)的z坐標。如圖5(b)所示(從結構工藝性考慮,設計時(shí)應避免這種結構)。
當直線(xiàn)接第Ⅱ象限圓弧時(shí),此時(shí)刀具切削直線(xiàn)和圓弧都有可能干涉。如刀具切削直線(xiàn)有干涉存在,其處理算法同本段第1節所述。如與直線(xiàn)相接的后續圓弧也存在刀具干涉,則將該圓弧轉化為角度為α的直線(xiàn),其處理的算法同本段第2節所述。
當直線(xiàn)接第Ⅲ象限圓弧時(shí),刀具切削圓弧時(shí)無(wú)干涉,但如切削直線(xiàn)有干涉存在,其處理算法同本段第2節所述。
當直線(xiàn)接第Ⅳ象限圓弧時(shí),此時(shí)刀具切削直線(xiàn)有可能干涉。切削圓弧也有可能干涉。如該直線(xiàn)加工時(shí)有干涉,其處理的算法同切削直線(xiàn)時(shí)的算法。對圓弧切削時(shí)的干涉處理,其算法同上述圓弧切削的算法。
算法框圖
4 結語(yǔ)
本算法穩定,可靠。能應用于數控車(chē)削加工的自動(dòng)編程系統。
根據本文所述的算法,在加工某些形狀的零件時(shí),必要時(shí)需經(jīng)過(guò)反復多次的正反向切削才能完成,但由于切削加工一般有粗加工和精加工,因此對于因刀具角度而產(chǎn)生的欠切削殘留的較小余量,可暫不考慮,在精加工或半精加工時(shí)處理。精加工時(shí)因刀具切削條件的改善,產(chǎn)生刀具干涉的幾率相對要小得多。

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