数控车削加工刀具干涉处理的算法研究（一）

半边天

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涉处理问题。本文针对数控车削加工中的刀具角度干涉，提出了刀具角度干涉处理的算法，经实际应用检验，效果良好。
1 刀具干涉处理前的零件图预处理
9 c$ B! C( z  K- j按数控车削加工的零件特征，可将零件分为：外(内)表面、倒角、退刀槽及螺纹。由于车削加工的特点，在刀具干涉处理中将退刀槽及螺纹先用外表面代替，从而对零件加工时的刀具干涉处理，只需考虑表面加工时的刀具干涉。
* G  i' w, x, V/ I3 g8 i+ Z2 刀具干涉处理算法
6 X# s2 \$ d: E/ G通过对零件图进行干涉前预处理，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涉处理仅仅是对直线和圆弧加工时的干涉处理。
2 x3 R6 b7 S& z* \  G: w为减少多次安装带来的安装误差，数控加工中一般采用一次装夹。对那些需要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涉处理算法与正向切削时类似。此外对内表面加工时刀具干涉处理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涉处理的算法加以讨论。
7 g: J8 r: F& s9 U; M, V4 j8 _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，则将其分解。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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图1 　　　　　　　图2
1) 切削直线时的刀具干涉处理算法
1 P. Z. u$ B) P" ~如图2,当β≤α时，刀具切削加工时无干涉。
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部分。为切出残留部分，可通过改变刀具角度，或者通过反向走刀切削切除。为减少更换刀具次数和统一刀具干涉处理的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留部分。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C''''''''''''''''，对残留部分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形状。
0 y" H7 Y6 @2 Z0 H/ k2) 切削圆弧时的刀具干涉处理算法
* d) C# i' S: K/ ?当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干涉。
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涉。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的左边时则存在干涉．将圆弧C分解为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干涉，而切削C”时将产生干涉，为此将圆弧C”用其切线TP代替，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实现的方便．在后续的处理中，对此段圆弧用切线代替后的处理如同上述对直线的处理。同样对该辅助线处理也转化为上述对直线的处理。
　　
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(a)　　　　　　　　 (b) 　　　　　　　　(c)
　　图3
当零件轮廓为第Ⅲ象限时，切削时刀具无干涉。
, ]" g: H1 ^" P1 刀具干涉处理前的零件图预处理
) y- W& ^% {( O; Y: e9 u按数控车削加工的零件特征，可将零件分为：外(内)表面、倒角、退刀槽及螺纹。由于车削加工的特点，在刀具干涉处理中将退刀槽及螺纹先用外表面代替，从而对零件加工时的刀具干涉处理，只需考虑表面加工时的刀具干涉。
$ b6 X5 V! x6 D' X1 A4 z2 刀具干涉处理算法
通过对零件图进行干涉前预处理，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涉处理仅仅是对直线和圆弧加工时的干涉处理。
为减少多次安装带来的安装误差，数控加工中一般采用一次装夹。对那些需要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涉处理算法与正向切削时类似。此外对内表面加工时刀具干涉处理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涉处理的算法加以讨论。
" F/ ]0 n8 \. I2 V4 A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，则将其分解。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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  V# ^" s: r3 l图1 　　　　　　　图2
1) 切削直线时的刀具干涉处理算法
如图2,当β≤α时，刀具切削加工时无干涉。
# K+ }! R  |( `  j5 j! W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部分。为切出残留部分，可通过改变刀具角度，或者通过反向走刀切削切除。为减少更换刀具次数和统一刀具干涉处理的算法，本算法采用反向走刀的方法切除其残留部分。如图2中，将其线段C转化为角度为α的直线C''''''''''''''''，对残留部分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形状。
0 a8 V0 G$ f& R7 l  L% W! d7 {2) 切削圆弧时的刀具干涉处理算法
当零件轮廓为第Ⅰ象限圆弧时，刀具切削该圆弧时无干涉。
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涉。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的左边时则存在干涉．将圆弧C分解为圆弧C‘和C”。切削C’时将不会产生干涉，而切削C”时将产生干涉，为此将圆弧C”用其切线TP代替，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实现的方便．在后续的处理中，对此段圆弧用切线代替后的处理如同上述对直线的处理。同样对该辅助线处理也转化为上述对直线的处理。
　　
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( }! ^6 P; m8 F8 [( [5 z/ c　　图3
6 Z' \4 ~5 u* H  w3 {文章关键词： 数控车削加工刀具