數(shù)控車削加工刀具干涉處理的算法研究
更新時間:2020-10-16
在數(shù)控自動編程系統(tǒng)中,刀具軌跡的自動生成中存在刀具角度的干涉處理問題。本文針對數(shù)控車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)實際應(yīng)用檢驗,效果良好。
1 刀具干涉處理前的零件圖預(yù)處理
按數(shù)控車削加工的零件特征,可將零件分為:外(內(nèi))表面、倒角、退刀槽及螺紋。由于車削加工的特點(diǎn),在刀具干涉處理中將退刀槽及螺紋先用外表面代替,從而對零件加工時的刀具干涉處理,只需考慮表面加工時的刀具干涉。
2 刀具干涉處理算法
通過對零件圖進(jìn)行干涉前預(yù)處理,此時被加工的零件輪廓由直線和圓弧組成,因此數(shù)控車削加工時刀具干涉處理僅僅是對直線和圓弧加工時的干涉處理。
為減少多次安裝帶來的安裝誤差,數(shù)控加工中一般采用一次裝夾。對那些需要調(diào)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類似。此外對內(nèi)表面加工時刀具干涉處理的算法與外表面切削時也相類似。因此本文擬就對正向切削外表面時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則用有向線段表示,如為過象限圓弧,則將其分解。刀具為左偏刀,刀具副切削刃與z坐標(biāo)軸的夾角為α,β為零件輪廓直線與z坐標(biāo)軸的夾角,如圖2。
切削直線時的刀具干涉處理算法
如圖2,當(dāng)β≤α?xí)r,刀具切削加工時無干涉。
當(dāng)β>α?xí)r,如圖2中線段C,該刀具加工到此處時將留下圖中陰影的殘留部分。為切出殘留部分,可通過改變刀具角度,或者通過反向走刀切削切除。為減少更換刀具次數(shù)和統(tǒng)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,將其線段C轉(zhuǎn)化為角度為α的直線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)過正反向切削即可加工出零件圖的輪廓形狀。
切削圓弧時的刀具干涉處理算法
當(dāng)零件輪廓為第Ⅰ象限圓弧時,刀具切削該圓弧時無干涉。
零件輪廓為第Ⅱ象限圓弧時,隨零件輪廓圓弧的起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置不同,切削時有可能產(chǎn)生刀具干涉。如圖3(a),作角度為α的直線L與圓弧C相切,其切點(diǎn)為T,當(dāng)被切削圓弧的起點(diǎn)位于切點(diǎn)T的左邊時則存在干涉.將圓弧C分解為圓弧C‘和C”。切削C’時將不會產(chǎn)生干涉,而切削C”時將產(chǎn)生干涉,為此將圓弧C”用其切線TP代替,同時增加輔助線PD(PD為過本段圓弧終點(diǎn)與切線相交的垂線),增加此輔助線的目的是為算法實現(xiàn)的方便.在后續(xù)的處理中,對此段圓弧用切線代替后的處理如同上述對直線的處理。同樣對該輔助線處理也轉(zhuǎn)化為上述對直線的處理。
當(dāng)零件輪廓為第Ⅲ象限時,切削時刀具無干涉。
零件輪廓為第Ⅳ象限時,切削加工視刀具角度的不同有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的干涉。如圖3(b),過圓弧的起點(diǎn)作角度為α的直線L,求直線與圓弧的交點(diǎn),如交點(diǎn)存在,交點(diǎn)左側(cè)切削無干涉,而右側(cè)切削有干涉。將圓弧在交點(diǎn)處截斷,將右側(cè)的圓弧轉(zhuǎn)化為角度α的直線L。如交點(diǎn)不在該圓弧上,則將圓弧轉(zhuǎn)化為角度為α的直線L,同時過圓弧終點(diǎn)作垂直輔助線,如圖3(c)。其殘留部分的處理同上所述通過反向切削時切除。
3 算法實現(xiàn)
根據(jù)上述的算法原理,通過對零件圖特征的分析,在算法實現(xiàn)的程序設(shè)計中對刀具干涉的處理,可分為如下三種情況:
直線與直線相連接;
直線與圓弧相連接;
圓弧。
直線與直線相連接的處理.如切削直線時存在刀具干涉,如圖4(a),則將該直線用角度為α的直線L代替,同時求該直線與后續(xù)直線的交點(diǎn).如有交點(diǎn),則在交點(diǎn)處將直線截斷,交點(diǎn)的右部分直線轉(zhuǎn)化為角度為α的直線.如無交點(diǎn)或交點(diǎn)不在直線上,則下一直線也轉(zhuǎn)化為角度α的直線.其終點(diǎn)的z坐標(biāo)為該線段的z坐標(biāo),同時增加垂直輔助線,如圖4(b)。
當(dāng)直線接第Ⅰ象限圓弧時,刀具切削圓弧時無干涉,但如切削直線有干涉存在,將直線轉(zhuǎn)化為角度為α的直線L如圖5(a)。則圓弧的起點(diǎn)被修改為直線L與該圓弧的交點(diǎn)。如無交點(diǎn)則表明該段圓弧位于該直線下,此時將該圓弧也轉(zhuǎn)化為角度為α的直線,其終點(diǎn)z坐標(biāo)為該圓弧的終點(diǎn)的z坐標(biāo)。如圖5(b)所示(從結(jié)構(gòu)工藝性考慮,設(shè)計時應(yīng)避免這種結(jié)構(gòu))。
當(dāng)直線接第Ⅱ象限圓弧時,此時刀具切削直線和圓弧都有可能干涉。如刀具切削直線有干涉存在,其處理算法同本段第1節(jié)所述。如與直線相接的后續(xù)圓弧也存在刀具干涉,則將該圓弧轉(zhuǎn)化為角度為α的直線,其處理的算法同本段第2節(jié)所述。
當(dāng)直線接第Ⅲ象限圓弧時,刀具切削圓弧時無干涉,但如切削直線有干涉存在,其處理算法同本段第2節(jié)所述。
當(dāng)直線接第Ⅳ象限圓弧時,此時刀具切削直線有可能干涉。切削圓弧也有可能干涉。如該直線加工時有干涉,其處理的算法同切削直線時的算法。對圓弧切削時的干涉處理,其算法同上述圓弧切削的算法。
算法框圖
4 結(jié)語
本算法穩(wěn)定,可靠。能應(yīng)用于數(shù)控車削加工的自動編程系統(tǒng)。
根據(jù)本文所述的算法,在加工某些形狀的零件時,必要時需經(jīng)過反復(fù)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處理。精加工時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。