NC加工刀具轨迹设计中的几个优化问题
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数控刀具
1 NC刀具运动轨迹设计中的误差源
- 刀具尺寸的影响
- 主要是以刀具公称尺寸作为刀具运动轨迹的设计参数而引起的。在进行刀具运动轨迹设计的计算时，刀具的尺寸应该是刀具的实际尺寸，这样就可以避免由于刀具尺寸有误而引起的误差。
- 刀具运动轨迹设计算法的影响
- 主要是由算法设计者考虑不周而引起的：
- 刀具沿零件轮廓的法向切入时，由于机床运动惯性引起的刀痕误差。
- 在加工零件的轮廓包围面时，为使加工能连续进行，同时避免在轮廓加工起点上出现交点的重合，引起计算机在数控编程时无法判定下一步的走向，往往采取分离加工轮廓的起点和终点的方法。但是，当简单的采用打断轮廓面曲线的方式，就会产生轮廓加工误差。
- 对于零件轮廓锐角外拐角尖角处的加工，为了使尖角能够很好的保留，若严格按照轮廓的尖角来设计，所产生的刀具轨迹会使加工消耗大量的时间做无意义的运动，而且还很有可能产生对零件其他部分的干涉，造成加工零件的报废。
- 当采用复合轨迹加工时，如何设计出较优化的刀轨，即保证加工质量，又使加工路径最短，是值得研究的问题。
- 主要是由算法设计者考虑不周而引起的：
2 刀轨设计中的几个优化问题
- 刀痕误差解决方法
- 对于减小刀具切入方向不同可能引起刀痕误差的解决办法是：尽量避免沿零件轮廓的法向切入，尽量沿零件轮廓的切向切入。对于有些有特殊加工起点要求的零件，一味地追求切向切入，可能产生干涉(如图1所示)。为此，在切入点的设计中我们采用了分别对待的办法。对于圆柱体，设置了自动优化为切向切入的功能；对于其它的轮廓采用在计算机的揭示帮助下，用人机对话的方式来设定优化切入点。这样既避免了为追求某一目标而出现新的问题，又发挥了计算机和人的各自优势。
图1 切向切入会发生干涉的情况
2.零件的加工
3.锐角外拐角尖角处的自动优化设计
a.外拐角尖角处的分析
图2 尖角处的情况
S为：
S=RO÷sina/2
其中：RO为刀具半径，a为尖角角度。
S=2RO)以后，DS距离增加开始加快，这时采用优化刀具运动轨迹的技术将起到很好的效果。
表1 距离与尖角角度的关系
a(°) 70 60 50 40 30 20 10 5 2.5 DS/RO 1.73 2.0 2.37 2.92 3.86 5.76 11.5 22.9 45.8
b.算法简介
1。
1到零件轮廓上“线与线”接点PS1间距离DS，当DS=RO(刀具半径)时，返回第一步，继续往下寻找，直到整个加工刀具运动轨迹查找完毕后，转到第七步。
S＞RO时，检查角PT23A＞60°，返回第一步。
1为圆心、DS-RO为半径作圆，使该圆内的线段截断删除。
4.复合刀具运动轨迹的优化设计
所谓复合刀轨，是指在加工轮廓及其所包围的面时(包围面内可以有保物体，如凸台等)，为保证轮廓质量又能使轮廓面内得到完整的加工，设计时先按轮廓加工，再按平行轨迹加工轮廓包围的面。为设计出最短距离的优化轨迹，采取了先离散各刀轨，然后用优化算法连接设计出优化刀轨。优化算法是：
- 从连接的起始点出发，检查各个需要连接的离散轨迹，从中找出距离起始点最近的轨迹端点。
- 用直线连接起始点及最近的轨迹端点，并设该段轨迹的另个端点为新的起始点
- 判别是否还有需要连接的离散轨迹，有则返回a继续，否则结束优化设计工作。
3 结束语
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