在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中，加工表面就是刀具沿著一條條連續(xù)的刀具軌跡切削后包絡(luò)而成的，因此刀具軌跡的生成技術(shù)是CAM系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，如何使刀具軌跡長(zhǎng)度最短、排列更合理、加工更容易，是口前數(shù)控加工研究的一項(xiàng)重要課題。在連續(xù)切削過(guò)程中，從上一條軌跡的終止點(diǎn)到下一條軌跡的起始點(diǎn)，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向處理，如圖1所示。轉(zhuǎn)向處理是否得當(dāng)直接關(guān)系到加工效率、加工精度的高低以及加工的難易程度。但由于在較大零件的表面加工中，轉(zhuǎn)向軌跡量在總軌跡長(zhǎng)度中所占比例較小，所以轉(zhuǎn)向處理往往不太受重視，致使某些數(shù)控軟件由于采用了不盡合理的轉(zhuǎn)向處理方法而白白浪費(fèi)了大量機(jī)時(shí)。
在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中，既可以使用球頭刀具，也可以使用平底刀具。由于球頭刀的法矢具有自適應(yīng)性，因此轉(zhuǎn)向處理方法比較煩瑣，轉(zhuǎn)向時(shí)刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度大，而且因?yàn)榍孢吔缟形辞邢鞒鰜?lái)，在轉(zhuǎn)向處理時(shí)，還必須考慮邊界切削問(wèn)題。因此，本文提出一種簡(jiǎn)單易行、高效的邊界轉(zhuǎn)向處理算法。
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(xiàn)把刀具切觸點(diǎn)M切出理論曲面外作為單條軌跡切削終止判據(jù)，此時(shí)邊界尚未完全切出，因此在轉(zhuǎn)向處理時(shí)，還需將尚未加工的邊界切削出來(lái)。作者采用與文獻(xiàn)不同的方法，把左、右切削寬度點(diǎn)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(shí)如果下一條軌跡線的起始點(diǎn)在理想曲面邊界內(nèi)部，則應(yīng)在其進(jìn)給方向的反方向上插補(bǔ)一個(gè)刀位，使此插補(bǔ)刀位點(diǎn)位于曲面邊界上，這樣可以保證下一次走刀也可以完全切出邊界。
圖1 單條軌跡終止切削示意圖
2 轉(zhuǎn)向處理過(guò)程
如圖2所示，轉(zhuǎn)向處理的具體過(guò)程是:從上條軌跡的終止點(diǎn)開始，即有效寬度切出后即轉(zhuǎn)向，在上條軌跡的終止刀位點(diǎn)和下一條軌跡的起始刀位點(diǎn)之間按直線插補(bǔ)幾個(gè)刀心，在兩刀軸矢量ac、a’c之間按銳角方向q也插補(bǔ)出相同數(shù)量的刀軸矢量，作為轉(zhuǎn)向刀位值，在實(shí)際加工中，就按照此刀位值進(jìn)行走刀。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，不需要關(guān)心刀軸的姿態(tài)和邊界切削的情況，不進(jìn)行殘留面積高度檢測(cè)，只進(jìn)行干涉檢驗(yàn)和修正。
圖2 轉(zhuǎn)向過(guò)程
3 轉(zhuǎn)向處理中的干涉修正
干涉量d的大小可由其它文獻(xiàn)介紹的殘留面積檢測(cè)法求得。首先計(jì)算平底刀具的刀尖軌跡圓(圖1)上各點(diǎn)到理論曲面的距離t，當(dāng)t>0時(shí)，則說(shuō)明無(wú)過(guò)切干涉;當(dāng)t<0時(shí)，說(shuō)明刀尖在該點(diǎn)切人曲面，即發(fā)生過(guò)切干涉。最后再通過(guò)比較各干涉點(diǎn)t|的大小求得最大干涉量d。干涉修正可直接采用抬刀的辦法，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(gè)距離d’d’=d/cosb (1)式中：d為最大干涉量；b為最大干涉點(diǎn)處的單位法矢n與刀軸單位矢量ac的夾角，即b=cos-1(n·ac)。修正后的刀位點(diǎn)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。
圖3 轉(zhuǎn)向過(guò)程干涉處理
4 結(jié)論
在數(shù)控切削加工時(shí)，銑刀應(yīng)該逐漸進(jìn)人實(shí)際曲面的切削位置，起刀點(diǎn)位于曲面之外。切削完畢后，銑刀應(yīng)沿進(jìn)給方向走出曲面，停刀于曲面之外。在切削到邊界時(shí)，應(yīng)保證邊界曲面完整地切削出來(lái)。本文介紹的轉(zhuǎn)向處理方法很好地滿足了上述要求，并且簡(jiǎn)單易行，大大提高了邊界切削的效率。
