数控车削加工刀具干预处置的算法研讨

19910124曼

在数控自动编程系统中，刀具轨迹的自动生成中存在刀具角度的干预处置问题。本文针对数控车削加工中的刀具角度干预，提出了刀具角度干预处置的算法，经理论应用检验，效果良好。 1 刀具干预处置前的零件图预处置


按数控车削加工的零件特征，可将零件分为：外(内)外表、倒角、退刀槽及螺纹。由于车削加工的特性，在刀具干预处置中将退刀槽及螺纹先用外表面替代，从而对零件加工时的刀具干预处置，只需思索外表加工时的刀具干预。 2 刀具干预处置算法
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经过对零件图停止干预前预处置，此时被加工的零件轮廓由直线和圆弧组成，因此数控车削加工时刀具干预处置仅仅是对直线和圆弧加工时的干预处置。





' \3 v/ |0 W6 P) m) p) J4 a为减少屡次安装带来的安装误差，数控加工中普通采用一次装夹。对那些需求调头加工的部位则采取右偏刀反向走刀切削，对反向走刀切削的刀具干预处置算法与正向切削时类似。此外对内外表加工时刀具干预处置的算法与外表面切削时也相类似。因此本文拟就对正向切削外表面时的刀具干预处置的算法加以讨论。


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图1

图2

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/ f( x4 d7 Z: E7 S当β>α时，如图2中线段C，该刀具加工到此处时将留下图中阴影的残留局部。为切出残留局部，可经过改动刀具角度，或者经过反向走刀切削切除。为减少改换刀具次数和统一刀具干预处置的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留局部。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C'，对残留局部在下一工步采用右偏刀切削，切削的起刀点定位在图中Q点，刀具的轨迹为QDC，C为终点。经过正反向切削即可加工出零件图的轮廓外形。

• 当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干预。
• 零件轮廓为第Ⅱ象限圆弧时，随零件轮廓圆弧的起点与终点的位置不同，切削时有可能产生刀具干预。如图3(a)，作角度为α的直线L与圆弧C相切，其切点为T，当被切削圆弧的起点位于切点T的左边时则存在干预．将圆弧C合成为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干预，而切削C”时将产生干预，为此将圆弧C”用其切线TP替代，同时增加辅助线PD(PD为过本段圆弧终点与切线相交的垂线)，增加此辅助线的目的是为算法完成的便当．在后续的处置中，对此段圆弧用切线替代后的处置仿佛上述对直线的处置。同样对该辅助线处置也转化为上述对直线的处置。
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  图3

• 当零件轮廓为第Ⅲ象限时，切削时刀具无干预。
• 零件轮廓为第Ⅳ象限时，切削加工视刀具角度的不同有可能产生严重的干预。如图3(b)，过圆弧的起点作角度为α的直线L，求直线与圆弧的交点，如交点存在，交点左侧切削无干预，而右侧切削有干预。将圆弧在交点处截断，将右侧的圆弧转化为角度α的直线L。如交点不在该圆弧上，则将圆弧转化为角度为α的直线L，同时过圆弧终点作垂直辅助线，如图3(c)。其残留局部的处置同上所述经过反向切削时切除。
  

( U3 k- g; y. Q& b: d, o1 x9 L2 k3 算法完成
如图1,零件轮廓如为直线则用有向线段表示，如为过象限圆弧，则将其合成。刀具为左偏刀，刀具副切削刃与z坐标轴的夹角为α,β为零件轮廓直线与z坐标轴的夹角，如图2。
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当β>α时，如图2中线段C，该刀具加工到此处时将留下图中阴影的残留局部。为切出残留局部，可经过改动刀具角度，或者经过反向走刀切削切除。为减少改换刀具次数和统一刀具干预处置的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留局部。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C'，对残留局部在下一工步采用右偏刀切削，切削的起刀点定位在图中Q点，刀具的轨迹为QDC，C为终点。经过正反向切削即可加工出零件图的轮廓外形。

• 当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干预。
• 零件轮廓为第Ⅱ象限圆弧时，随零件轮廓圆弧的起点与终点的位置不同，切削时有可能产生刀具干预。如图3(a)，作角度为α的直线L与圆弧C相切，其切点为T，当被切削圆弧的起点位于切点T的左边时则存在干预．将圆弧C合成为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干预，而切削C”时将产生干预，为此将圆弧C”用其切线TP替代，同时增加辅助线PD(PD为过本段圆弧终点与切线相交的垂线)，增加此辅助线的目的是为算法完成的便当．在后续的处置中，对此段圆弧用切线替代后的处置仿佛上述对直线的处置。同样对该辅助线处置也转化为上述对直线的处置。
  

  (a)	0 D. s% X3 S/ m4 D' O(b)	(c)
  图3

• 当零件轮廓为第Ⅲ象限时，切削时刀具无干预。
• 零件轮廓为第Ⅳ象限时，切削加工视刀具角度的不同有可能产生严重的干预。如图3(b)，过圆弧的起点作角度为α的直线L，求直线与圆弧的交点，如交点存在，交点左侧切削无干预，而右侧切削有干预。将圆弧在交点处截断，将右侧的圆弧转化为角度α的直线L。如交点不在该圆弧上，则将圆弧转化为角度为α的直线L，同时过圆弧终点作垂直辅助线，如图3(c)。其残留局部的处置同上所述经过反向切削时切除。
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3 算法完成

2 g5 Q* c6 V8 o, K) `如图2,当β≤α时，刀具切削加工时无干预。
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( y' f+ G8 N2 N. B当β>α时，如图2中线段C，该刀具加工到此处时将留下图中阴影的残留局部。为切出残留局部，可经过改动刀具角度，或者经过反向走刀切削切除。为减少改换刀具次数和统一刀具干预处置的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留局部。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C'，对残留局部在下一工步采用右偏刀切削，切削的起刀点定位在图中Q点，刀具的轨迹为QDC，C为终点。经过正反向切削即可加工出零件图的轮廓外形。

• 当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干预。
• 零件轮廓为第Ⅱ象限圆弧时，随零件轮廓圆弧的起点与终点的位置不同，切削时有可能产生刀具干预。如图3(a)，作角度为α的直线L与圆弧C相切，其切点为T，当被切削圆弧的起点位于切点T的左边时则存在干预．将圆弧C合成为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干预，而切削C”时将产生干预，为此将圆弧C”用其切线TP替代，同时增加辅助线PD(PD为过本段圆弧终点与切线相交的垂线)，增加此辅助线的目的是为算法完成的便当．在后续的处置中，对此段圆弧用切线替代后的处置仿佛上述对直线的处置。同样对该辅助线处置也转化为上述对直线的处置。
  

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  图3

• 当零件轮廓为第Ⅲ象限时，切削时刀具无干预。
• 零件轮廓为第Ⅳ象限时，切削加工视刀具角度的不同有可能产生严重的干预。如图3(b)，过圆弧的起点作角度为α的直线L，求直线与圆弧的交点，如交点存在，交点左侧切削无干预，而右侧切削有干预。将圆弧在交点处截断，将右侧的圆弧转化为角度α的直线L。如交点不在该圆弧上，则将圆弧转化为角度为α的直线L，同时过圆弧终点作垂直辅助线，如图3(c)。其残留局部的处置同上所述经过反向切削时切除。
  

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3 算法完成
7 |) b- _2 G- ~; i; p9 F如图1,零件轮廓如为直线则用有向线段表示，如为过象限圆弧，则将其合成。刀具为左偏刀，刀具副切削刃与z坐标轴的夹角为α,β为零件轮廓直线与z坐标轴的夹角，如图2。
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当β>α时，如图2中线段C，该刀具加工到此处时将留下图中阴影的残留局部。为切出残留局部，可经过改动刀具角度，或者经过反向走刀切削切除。为减少改换刀具次数和统一刀具干预处置的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留局部。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C'，对残留局部在下一工步采用右偏刀切削，切削的起刀点定位在图中Q点，刀具的轨迹为QDC，C为终点。经过正反向切削即可加工出零件图的轮廓外形。

• 当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干预。
• 零件轮廓为第Ⅱ象限圆弧时，随零件轮廓圆弧的起点与终点的位置不同，切削时有可能产生刀具干预。如图3(a)，作角度为α的直线L与圆弧C相切，其切点为T，当被切削圆弧的起点位于切点T的左边时则存在干预．将圆弧C合成为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干预，而切削C”时将产生干预，为此将圆弧C”用其切线TP替代，同时增加辅助线PD(PD为过本段圆弧终点与切线相交的垂线)，增加此辅助线的目的是为算法完成的便当．在后续的处置中，对此段圆弧用切线替代后的处置仿佛上述对直线的处置。同样对该辅助线处置也转化为上述对直线的处置。
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  (a)	(b)	(c)
  图3

• 当零件轮廓为第Ⅲ象限时，切削时刀具无干预。
• 零件轮廓为第Ⅳ象限时，切削加工视刀具角度的不同有可能产生严重的干预。如图3(b)，过圆弧的起点作角度为α的直线L，求直线与圆弧的交点，如交点存在，交点左侧切削无干预，而右侧切削有干预。将圆弧在交点处截断，将右侧的圆弧转化为角度α的直线L。如交点不在该圆弧上，则将圆弧转化为角度为α的直线L，同时过圆弧终点作垂直辅助线，如图3(c)。其残留局部的处置同上所述经过反向切削时切除。
  

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3 算法完成

根据上述的算法原理，经过对零件图特征的分析，在算法完成的程序设计中对刀具干预的处置，可分为如下三种情况：

• 直线与直线相衔接；
• 直线与圆弧相衔接；
• 圆弧。
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• 直线与直线相衔接的处置．如切削直线时存在刀具干预，如图4(a),则将该直线用角度为α的直线L替代，同时求该直线与后续直线的交点．如有交点，则在交点处将直线截断，交点的右局部直线转化为角度为α的直线．如无交点或交点不在直线上，则下不断线也转化为角度α的直线．其终点的z坐标为该线段的z坐标，同时增加垂直辅助线，如图4(b)。
  

  (a)	(b)
  图4
  (a)	6 a& ^$ Z, b, i& m& D+ W- i(b)
  图5

• 当直线接第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削圆弧时无干预，但如切削直线有干预存在，将直线转化为角度为α的直线L如图5(a)。则圆弧的起点被修正为直线L与该圆弧的交点。如无交点则标明该段圆弧位于该直线下，此时将该圆弧也转化为角度为α的直线，其终点z坐标为该圆弧的终点的z坐标。如图5(b)所示(从构造工艺性思索，设计时应防止这种构造)。
• 当直线接第Ⅱ象限圆弧时，此时刀具切削直线和圆弧都有可能干预。如刀具切削直线有干预存在，其处置算法同本段第1节所述。如与直线相接的后续圆弧也存在刀具干预，则将该圆弧转化为角度为α的直线，其处置的算法同本段第2节所述。
• 当直线接第Ⅲ象限圆弧时，刀具切削圆弧时无干预，但如切削直线有干预存在，其处置算法同本段第2节所述。
• 当直线接第Ⅳ象限圆弧时，此时刀具切削直线有可能干预。切削圆弧也有可能干预。如该直线加工时有干预，其处置的算法同切削直线时的算法。对圆弧切削时的干预处置，其算法同上述圆弧切削的算法。
• 算法框图
  

  4 x/ ^8 n$ z" I5 h1 ?" |图6

  
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4 结语

• 本算法稳定，可靠。能应用于数控车削加工的自动编程系统。
• 根据本文所述的算法，在加工某些外形的零件时，必要时需经过反复屡次的正反向切削才干完成，但由于切削加工普通有粗加工和精加工，因此关于因刀具角度而产生的欠切削残留的较小余量，可暂不思索，在精加工或半精加工时处置。精加工时因刀具切削条件的改善，产生刀具干预的几率相对要小得多。
• 在停止反向切削时，刀具的起刀点处有可能产生干预，此时应思索因刀头尺寸较大而产生干预。
• 本文所讨论的算法与毛坯轮廓外形无关，适用于各种外形的毛坯。
  

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