加工中心多坐標(biāo)銑削加工刀具軌跡生成
削加工刀具軌跡生成相關(guān)內(nèi)容概述 多坐標(biāo)精工銑削的加工對象，多坐標(biāo)精工銑削加工可以解決任何復(fù)雜曲面零件的加工問題。根據(jù)零件的形狀特征進(jìn)行 分類，可以歸納為如下幾種加工對象（或加工特征）：多坐標(biāo)點(diǎn)位加工、空間曲線加工、曲 面區(qū)域加工、組合曲面加工、曲面交線區(qū)域加工、曲面間過渡區(qū)域加工、裁剪曲面加工、復(fù)雜多曲面加工、曲面型腔加工、曲面通道加工。 刀具軌跡生成方法 —種較好的刀具軌跡生成方法，不僅應(yīng)該滿足計算速度快、占用計算機(jī)內(nèi)存少的要求，更重要的是要滿足切削行距分布均勻、加工誤差小、走刀步長分布合理、加工效率高等要求。目前，比較常用的刀具軌跡生成方法主要有如下幾種。 參數(shù)線法——適用于曲面區(qū)域和組合曲面的加工編程。 截平面法——適用于曲面區(qū)域、組合曲面、復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 回轉(zhuǎn)截面法一適用于曲面區(qū)域、組合曲面、復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 投影法一適用于有干涉面存在的復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 三坐標(biāo)球形刀多面體曲面加工方法一適用于三角域曲面的加工編程。 與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念切觸點(diǎn)（cutting contact point)指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點(diǎn)。對于曲面加工，不論采用什么刀具，從幾何學(xué)的角度來看，刀具與加工曲面的接觸關(guān) 系均為點(diǎn)接觸。切觸點(diǎn)曲線（cutting contact curve)指刀具在加工過程中由切觸點(diǎn)構(gòu)成的曲線。 切觸點(diǎn)曲線是生成刀具軌跡的基本要素，既可以顯式地定義在加工曲面上，如曲面的等參數(shù)線、二曲面的交線等，也可以隱式定義.使其滿足一定約束條件，如約束刀具沿導(dǎo)動線運(yùn) 動，而導(dǎo)動線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點(diǎn)，還可以定義刀具中心軌跡，切觸點(diǎn)曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說，切觸點(diǎn)曲線可以是曲面上實(shí)在的曲線，也可以是對切觸點(diǎn)的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。 刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)（cutter location data,簡稱為CLData) 指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程 中的每一位置所需的數(shù)據(jù)。一般來說，刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點(diǎn)和刀軸矢量來進(jìn)行推述，其中刀具中心點(diǎn)可以是刀心點(diǎn)，也可以是刀尖點(diǎn)，視具體情況而定。 刀具軌跡曲線指在加工過程中由刀位點(diǎn)構(gòu)成的曲線，曲線上的每一點(diǎn)包含一個刀 軸矢量。刀具軌跡曲線一般由切觸點(diǎn)曲線定義刀具偏置計算得到，計算結(jié)果存放于刀位文件 (CLData file)之中。 導(dǎo)動規(guī)則指曲面上切觸點(diǎn)曲線的生成方法（如參數(shù)線法、截平面法）及一些有關(guān) 加工精度的參數(shù)，如步長、行距、兩切削行間的殘余高度、曲面加工的盈余容差（out tol-96erance)和過切容差（inner tolerance)等。刀具偏置（tool offset)指由切觸點(diǎn)生成刀位點(diǎn)的計算過程。4.曲面加工刀具軌跡生成計算過程由以上定義，可以將曲面加工刀具軌跡的計算過程簡略地表述為：給出一張或多張待加 工曲面（零件面），按導(dǎo)動規(guī)則約束生成切觸點(diǎn)曲線，由切觸點(diǎn)曲線按某種刀具偏置計算方法生成刀具軌跡曲線。由于-?般的精工系統(tǒng)有線性、圓弧等少數(shù)幾種插補(bǔ)功能，所以一般需 將切觸點(diǎn)曲線和刀具軌跡曲線按點(diǎn)串方式給出，并保證加工精度。在個別情況下也有例外， 如用球形刀三坐標(biāo)加工比較光順的曲面時，可以直接根據(jù)曲面計算得到其等距面，刀具軌跡曲線完全由等距面確定。這時切觸點(diǎn)曲線的定義和刀具偏置計算融合在等距面的構(gòu)造過程中，導(dǎo)動規(guī)則約束了等距面的離散，即刀位點(diǎn)的生成過程。(二）多坐標(biāo)銑削加工刀具軌跡生成1.參數(shù)線軌跡生成法曲面參數(shù)線加工方法是多坐標(biāo)精工加工中生成刀具軌跡的主要方法，特點(diǎn)是切削行 沿曲面的參數(shù)線分布，即切削行沿u線或v線分布，適用于網(wǎng)格比較規(guī)整的參數(shù)曲面的加工?；谇鎱?shù)線加工的刀具軌跡計算方法的基本思想是利用Bezier曲線曲面的細(xì)分特性，將加工表面沿參數(shù)線方向進(jìn)行細(xì)分，生成的點(diǎn)位作為加工時刀具與曲面的切觸點(diǎn)。因此，曲面參數(shù)線加工方法也稱為Bezier曲線離散算法。Bezier曲線離散算法按照離散方式可分為四叉離散算法和二叉離散算法。由于前者占用 的存儲空間大，因此在刀具軌跡的計算中一般采用二叉離散算法。在加工中，刀具的運(yùn)動分為切削行的走刀和切削行的進(jìn)給兩種運(yùn)動。刀具沿切削行 走刀所覆蓋的一個帶狀曲面區(qū)域，稱為加工帶。二叉離散過程首先沿切削行的行進(jìn)給方向?qū)η孢M(jìn)行離散，得到加工帶，然后在加工帶上沿走刀方向?qū)庸нM(jìn)行離散，得到切削行。二叉離散算法要求確定一個參數(shù)線方向?yàn)樽叩斗较颍俣閡參數(shù)曲線方向，相應(yīng)的另 一參數(shù)曲線v方向即為切削行的行進(jìn)給方向，然后根據(jù)允許的殘余高度計算加工帶的寬度； 并以此為基礎(chǔ)，根據(jù)v參數(shù)曲線的弧長計算刀具沿v參數(shù)曲線的走刀次數(shù)（即加工帶的數(shù) 量）；加工帶在v參數(shù)曲線方向上按等參數(shù)步長（或局部按等參數(shù)步長）分布。球形刀與環(huán) 行刀加工帶寬的計算方法不同。基于參數(shù)線加工的刀具軌跡計算方法有多種，比較成熟的有等參數(shù)步長法、參數(shù)篩選 法、局部等參數(shù)步長法、參數(shù)線的差分箅法及參數(shù)線的對分箅法等，等參數(shù)步長法最簡單的曲線離散算法是等參數(shù)步長法，即在整條參數(shù)線上按等參 數(shù)步長計算點(diǎn)位。參數(shù)步長和曲面加工誤差沒有一定關(guān)系，為了滿足加工精度，通常步長的取值偏于保守且憑經(jīng)驗(yàn)。這樣計算的點(diǎn)位信息比較多。由于點(diǎn)位信息按等參數(shù)步長計算，沒有用曲面的曲率來估計步長，因此，等參數(shù)步長法沒有考慮曲面的局部平坦性。但這種方法計算簡單，速度快，在刀位計算中常被采用。參數(shù)篩選法按等參數(shù)步長法計算離散點(diǎn)列，步長取值使離散點(diǎn)足夠密，然后按曲面的曲率半徑、加工誤差從離散點(diǎn)列中篩選出點(diǎn)位信息。參數(shù)篩選法克服了等參數(shù)步長的缺點(diǎn)，但計算速度稍慢一些。這個方法的優(yōu)點(diǎn)是計算的點(diǎn)位信息比較合理且具有一定的通 用性。局部等參數(shù)步長法在實(shí)際應(yīng)用中，也常采用局部等參數(shù)步長離散算法：即加工帶在v參數(shù)曲線方向上按局部等參數(shù)步長（曲面片內(nèi)）分布；在走刀路線上，走刀步長根據(jù)容差進(jìn)行計算，方法是在每一段U參數(shù)曲線上，按******曲率估計步長，然后按等參數(shù)步長進(jìn)行 離散。采用局部等參數(shù)步長離散算法來求刀位點(diǎn)，不僅考慮了曲率的變化對走刀步長的影響，而且計算方法也比較簡單。參數(shù)線的差分算法對于走刀路線上的一批等參數(shù)步長離散點(diǎn)的位置，采用向前差 分方法將大大加快計算速度。其基本的步驟如下。 求u線方程。 計算插值點(diǎn)的差分公式。參數(shù)線的差分算法是效率較高的局部等參數(shù)步長離散算法， 在參數(shù)曲面加工的刀具軌跡計算中應(yīng)用較為廣泛。 參數(shù)線的對分算法參數(shù)線的對分算法是曲線離散算法的一種，即在曲線離散算法 中，在曲線段參數(shù)的中點(diǎn)將曲線離散一次，得到兩個曲線段。參數(shù)線的對分算法適用于刀具軌跡的局部加密（在刀具軌跡的交互編輯中可用到）。4.投影法（圖3-59)投影法加工的基本思想是使刀具沿一組事先 定義好的導(dǎo)動曲線運(yùn)動，同時跟蹤待加工表面的形狀。導(dǎo)動曲線在待加工表面上的投影一般為切 ?3"58 觸點(diǎn)軌跡，也可以是刀尖點(diǎn)軌跡。切觸點(diǎn)軌跡適 合于曲面特征的加工，而對于有干涉面的場合， 限制刀心點(diǎn)更為有效。由于待加工表面上每一點(diǎn)的法矢均不相同，因此限制切觸點(diǎn)軌跡不能 保證刀尖軌跡落在投影方向上，所以限制刀尖容易控制刀具的準(zhǔn)確位置，可以保證在一些臨界位置和其他曲面不發(fā)生干涉。導(dǎo)動曲線的定義依加工對象而定。對于曲面上要求精確成形的輪廓線，如曲面上的花紋、文字和圖形，可以事先將輪廓線投影到工作平面上作為導(dǎo)動曲線。多個嵌套的內(nèi)環(huán)與一個外環(huán)曲線作為導(dǎo)動曲線可用于限制曲面上的加工區(qū)域。對于曲面型腔的加工，便可采用平面型腔的加工方法：首先將型腔底面與邊界曲面和島嶼邊界曲面的交線投影到工作平面上，按平面型腔加工方法生成一組刀具軌跡，然后將該刀具軌跡投影到型腔曲面上，限制刀尖位置，便可生成曲面型腔型面的刀具軌跡。 投影法加工以其靈活且易于控制等特點(diǎn)在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用， 常用來處理其他方法難以取得滿意效果的組合曲面和曲面型腔的加工。