對(duì)于一個(gè)復(fù)雜程度高、精度要求高、需要用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工的零件，如何從CAD產(chǎn)生的設(shè)計(jì)圖荞彼，通過(guò)CAM變成實(shí)際的實(shí)物產(chǎn)品冈敛，是CAD/CAM的技術(shù)目標(biāo)。其中一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是如何根據(jù)CAD設(shè)計(jì)圖和具體加工刀具的有關(guān)參數(shù)鸣皂，設(shè)計(jì)出NC刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡抓谴。刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，將直接影響零件的加工質(zhì)量及加工成本维瑰。這里研究并解決了刀軌設(shè)計(jì)中的幾個(gè)優(yōu)化問(wèn)題押恢，并在自已開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的CAD/CAM系統(tǒng)的NC刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)中得到很好地應(yīng)用。

　　一茶窍、NC刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)中的誤差源 

　　在計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制數(shù)控程序前穿侵，必須根據(jù)零件的輪廓，產(chǎn)生相應(yīng)的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡蜀契。刀具的尺寸不一樣，設(shè)計(jì)產(chǎn)生的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡也不一樣哎闻。因此誤差將產(chǎn)生于刀具的尺寸和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)算法兩個(gè)方面敏卦。

　　1. 刀具尺寸的影響

　　主要是以刀具公稱尺寸作為刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)參數(shù)而引起的。在進(jìn)行刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)的計(jì)算時(shí)枚林，刀具的尺寸應(yīng)該是刀具的實(shí)際尺寸米鹏，這樣就可以避免由于刀具尺寸有誤而引起的誤差。

　　2. 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)算法的影響

　　主要是由算法設(shè)計(jì)者考慮不周而引起的：

　　a. 刀具沿零件輪廓的法向切入時(shí)郭菜，由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)慣性引起的刀痕誤差栗哥。

　　b. 在加工零件的輪廓包圍面時(shí)，為使加工能連續(xù)進(jìn)行勘伺，同時(shí)避免在輪廓加工起點(diǎn)上出現(xiàn)交點(diǎn)的重合跪腹，引起計(jì)算機(jī)在數(shù)控編程時(shí)無(wú)法判定下一步的走向，往往采取分離加工輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)的方法飞醉。但是冲茸，當(dāng)簡(jiǎn)單的采用打斷輪廓面曲線的方式，就會(huì)產(chǎn)生輪廓加工誤差缅帘。

　　c. 對(duì)于零件輪廓銳角外拐角尖角處的加工轴术，為了使尖角能夠很好的保留，若嚴(yán)格按照輪廓的尖角來(lái)設(shè)計(jì)钦无，所產(chǎn)生的刀具軌跡會(huì)使加工消耗大量的時(shí)間做無(wú)意義的運(yùn)動(dòng)逗栽，而且還很有可能產(chǎn)生對(duì)零件其他部分的干涉，造成加工零件的報(bào)廢失暂。

　　d. 當(dāng)采用復(fù)合軌跡加工時(shí)彼宠，如何設(shè)計(jì)出較優(yōu)化的刀軌，即保證加工質(zhì)量弟塞，又使加工路徑最短兵志，是值得研究的問(wèn)題醇蝴。

　　二、刀軌設(shè)計(jì)中的幾個(gè)優(yōu)化問(wèn)題

　　1. 刀痕誤差解決方法

　　對(duì)于減小刀具切入方向不同可能引起刀痕誤差的解決辦法是：盡量避免沿零件輪廓的法向切入萝轰，盡量沿零件輪廓的切向切入推吼。對(duì)于有些有特殊加工起點(diǎn)要求的零件，一味地追求切向切入疹咕，可能產(chǎn)生干涉贮殊。為此，在切入點(diǎn)的設(shè)計(jì)中我們采用了分別對(duì)待的辦法铲恃。對(duì)于圓柱體夫咏，設(shè)置了自動(dòng)優(yōu)化為切向切入的功能;對(duì)于其它的輪廓采用在計(jì)算機(jī)的揭示幫助下，用人機(jī)對(duì)話的方式來(lái)設(shè)定優(yōu)化切入點(diǎn)四雏。這樣既避免了為追求某一目標(biāo)而出現(xiàn)新的問(wèn)題勿见，又發(fā)揮了計(jì)算機(jī)和人的各自優(yōu)勢(shì)。

　　2.零件的加工

　　在加工零件的輪廓包圍面時(shí)百擒，首先要保證各輪廓被完整地加工出來(lái)资村，同時(shí)避免在加工過(guò)程中出現(xiàn)重合的交點(diǎn)以使加工能連續(xù)進(jìn)行。為達(dá)到這一目的仍桌，在零件的輪廓上我們做了如正氣處理：先切斷輪廓曲線为猩，然后根據(jù)原輪廓曲線的設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)輪廓曲線忱叭，使刀具加工的軌跡通過(guò)起點(diǎn)后隔崎，再沿著輪廓曲線前進(jìn)0.5mm左右才達(dá)到終點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)的終點(diǎn)就能順利地與刀具的下一步加工軌跡相連接韵丑，同時(shí)輪廓面也能被完整光滑地加工出來(lái)爵卒。

　　3.銳角外拐角尖角處的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 

　　當(dāng)尖角角度小于60°(DS=2RO)以后，DS距離增加開(kāi)始加快撵彻，這時(shí)采用優(yōu)化刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)將起到很好的效果技潘。

　　算法簡(jiǎn)介

　　第一步，找出刀具運(yùn)動(dòng)軌跡中“線與線”相連接點(diǎn)PT1千康。

　　第二步享幽，測(cè)量接點(diǎn)PT1到零件輪廓上“線與線”接點(diǎn)PS1間距離DS，當(dāng)DS=RO(刀具半徑)時(shí)拾弃，返回第一步值桩，繼續(xù)往下尋找，直到整個(gè)加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡查找完畢后豪椿，轉(zhuǎn)到第七步奔坟。

　　第三步，DS>RO時(shí)祸弥，檢查角PT23A>60°偎旱，返回第一步船庐。

　　第四步，以PT1為圓心地捂、DS-RO為半徑作圓羽捻，使該圓內(nèi)的線段截?cái)鄤h除。

　　第五步滤重，用直線連接兩個(gè)斷點(diǎn)酣疏，形成優(yōu)化刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　第六步鲫庆，檢查整個(gè)加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是否查找完畢诬曙，若沒(méi)有查找完，則返回第一步掏榜。

　　第七步霹孙，停止工作。

　　4.復(fù)合刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　所謂復(fù)合刀軌络兜，是指在加工輪廓及其所包圍的面時(shí)(包圍面內(nèi)可以有保物體辐赞，如凸臺(tái)等)，為保證輪廓質(zhì)量又能使輪廓面內(nèi)得到完整的加工疏橄，設(shè)計(jì)時(shí)先按輪廓加工占拍，再按平行軌跡加工輪廓包圍的面略就。為設(shè)計(jì)出最短距離的優(yōu)化軌跡捎迫，采取了先離散各刀軌，然后用優(yōu)化算法連接設(shè)計(jì)出優(yōu)化刀軌表牢。優(yōu)化算法是：

　　1. 從連接的起始點(diǎn)出發(fā)窄绒，檢查各個(gè)需要連接的離散軌跡，從中找出距離起始點(diǎn)最近的軌跡端點(diǎn)崔兴。

　　2. 用直線連接起始點(diǎn)及最近的軌跡端點(diǎn)彰导，并設(shè)該段軌跡的另個(gè)端點(diǎn)為新的起始點(diǎn)

　　3. 判別是否還有需要連接的離散軌跡，有則返回a繼續(xù)敲茄，否則結(jié)束優(yōu)化設(shè)計(jì)工作位谋。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)NC加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)中的誤差分析堰燎，討論研究了NC刀具路徑優(yōu)化問(wèn)題掏父。找出了減少和消除設(shè)計(jì)誤差的方法，建立并開(kāi)發(fā)了優(yōu)化刀具加工路徑的算法和應(yīng)用程序引舱，并嵌入了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的CAD/CAM系統(tǒng)中鹏亥，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成刀具加工路徑提供了方便。對(duì)實(shí)現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)具有很好的參考價(jià)值猬蕉。

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