加工中心多坐標銑削加工刀具軌跡生成
削加工刀具軌跡生成相關內容概述 多坐標精工銑削的加工對象，多坐標精工銑削加工可以解決任何復雜曲面零件的加工問題。根據零件的形狀特征進行 分類，可以歸納為如下幾種加工對象（或加工特征）：多坐標點位加工、空間曲線加工、曲 面區域加工、組合曲面加工、曲面交線區域加工、曲面間過渡區域加工、裁剪曲面加工、復雜多曲面加工、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，不僅應該滿足計算速度快、占用計算機內存少的要求，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。 參數線法——適用于曲面區域和組合曲面的加工編程。 截平面法——適用于曲面區域、組合曲面、復雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 回轉截面法一適用于曲面區域、組合曲面、復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雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 三坐標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的幾個基本概念切觸點（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。對于曲面加工，不論采用什么刀具，從幾何學的角度來看，刀具與加工曲面的接觸關 系均為點接觸。切觸點曲線（cutting contact curve)指刀具在加工過程中由切觸點構成的曲線。 切觸點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，如約束刀具沿導動線運 動，而導動線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點，還可以定義刀具中心軌跡，切觸點曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說，切觸點曲線可以是曲面上實在的曲線，也可以是對切觸點的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。 刀位點數據（cutter location data,簡稱為CLData) 指準確確定刀具在加工過程 中的每一位置所需的數據。一般來說，刀具在工件坐標系中的準確位置可以用刀具中心點和刀軸矢量來進行推述，其中刀具中心點可以是刀心點，也可以是刀尖點，視具體情況而定。 刀具軌跡曲線指在加工過程中由刀位點構成的曲線，曲線上的每一點包含一個刀 軸矢量。刀具軌跡曲線一般由切觸點曲線定義刀具偏置計算得到，計算結果存放于刀位文件 (CLData file)之中。 導動規則指曲面上切觸點曲線的生成方法（如參數線法、截平面法）及一些有關 加工精度的參數，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)指由切觸點生成刀位點的計算過程。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），按導動規則約束生成切觸點曲線，由切觸點曲線按某種刀具偏置計算方法生成刀具軌跡曲線。由于-?般的精工系統有線性、圓弧等少數幾種插補功能，所以一般需 將切觸點曲線和刀具軌跡曲線按點串方式給出，并保證加工精度。在個別情況下也有例外， 如用球形刀三坐標加工比較光順的曲面時，可以直接根據曲面計算得到其等距面，刀具軌跡曲線完全由等距面確定。這時切觸點曲線的定義和刀具偏置計算融合在等距面的構造過程中，導動規則約束了等距面的離散，即刀位點的生成過程。(二）多坐標銑削加工刀具軌跡生成1.參數線軌跡生成法曲面參數線加工方法是多坐標精工加工中生成刀具軌跡的主要方法，特點是切削行 沿曲面的參數線分布，即切削行沿u線或v線分布，適用于網格比較規整的參數曲面的加工。基于曲面參數線加工的刀具軌跡計算方法的基本思想是利用Bezier曲線曲面的細分特性，將加工表面沿參數線方向進行細分，生成的點位作為加工時刀具與曲面的切觸點。因此，曲面參數線加工方法也稱為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，刀具的運動分為切削行的走刀和切削行的進給兩種運動。刀具沿切削行 走刀所覆蓋的一個帶狀曲面區域，稱為加工帶。二叉離散過程首先沿切削行的行進給方向對曲面進行離散，得到加工帶，然后在加工帶上沿走刀方向對加工帶進行離散，得到切削行。二叉離散算法要求確定一個參數線方向為走刀方向，假定為u參數曲線方向，相應的另 一參數曲線v方向即為切削行的行進給方向，然后根據允許的殘余高度計算加工帶的寬度； 并以此為基礎，根據v參數曲線的弧長計算刀具沿v參數曲線的走刀次數（即加工帶的數 量）；加工帶在v參數曲線方向上按等參數步長（或局部按等參數步長）分布。球形刀與環 行刀加工帶寬的計算方法不同。基于參數線加工的刀具軌跡計算方法有多種，比較成熟的有等參數步長法、參數篩選 法、局部等參數步長法、參數線的差分箅法及參數線的對分箅法等，等參數步長法最簡單的曲線離散算法是等參數步長法，即在整條參數線上按等參 數步長計算點位。參數步長和曲面加工誤差沒有一定關系，為了滿足加工精度，通常步長的取值偏于保守且憑經驗。這樣計算的點位信息比較多。由于點位信息按等參數步長計算，沒有用曲面的曲率來估計步長，因此，等參數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。參數篩選法按等參數步長法計算離散點列，步長取值使離散點足夠密，然后按曲面的曲率半徑、加工誤差從離散點列中篩選出點位信息。參數篩選法克服了等參數步長的缺點，但計算速度稍慢一些。這個方法的優點是計算的點位信息比較合理且具有一定的通 用性。局部等參數步長法在實際應用中，也常采用局部等參數步長離散算法：即加工帶在v參數曲線方向上按局部等參數步長（曲面片內）分布；在走刀路線上，走刀步長根據容差進行計算，方法是在每一段U參數曲線上，按最大曲率估計步長，然后按等參數步長進行 離散。采用局部等參數步長離散算法來求刀位點，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。參數線的差分算法對于走刀路線上的一批等參數步長離散點的位置，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。 計算插值點的差分公式。參數線的差分算法是效率較高的局部等參數步長離散算法， 在參數曲面加工的刀具軌跡計算中應用較為廣泛。 參數線的對分算法參數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，在曲線段參數的中點將曲線離散一次，得到兩個曲線段。參數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 定義好的導動曲線運動，同時跟蹤待加工表面的形狀。導動曲線在待加工表面上的投影一般為切 ?3"58 觸點軌跡，也可以是刀尖點軌跡。切觸點軌跡適 合于曲面特征的加工，而對于有干涉面的場合， 限制刀心點更為有效。由于待加工表面上每一點的法矢均不相同，因此限制切觸點軌跡不能 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確位置，可以保證在一些臨界位置和其他曲面不發生干涉。導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動曲線。多個嵌套的內環與一個外環曲線作為導動曲線可用于限制曲面上的加工區域。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在現代CAD/CAM系統中獲得了廣泛的應用， 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。