基于刀具进让式进给数控技术的研究

1 引言

　　在常规的数控加工中，走刀步长短，意味着加工精度高，但会造成刀具轨迹线上刀位数据的密度大，程序指令冗长，更重要的是在一般加工方式下，对一般运动精度的机床而言，小步长程序指令的执行会产生进给速度波动和平均速度下降，从而影响加工效率和表面质量。反之，大的走刀步长，意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度小，加工效率高，但轮廓逼近精度降低，一阶不连续性使工件表面完整性恶化，后续处理工作量加大，整体效率降低。在常规的数控加工中，刀具在被加工曲面上始终沿着所给的进给方向运动，这势必带来两方面问题：一方面，在切削过程中，刀具主轴在切削力的作用下容易产生扭曲变形和弯曲变形，较薄的工件也容易发生刚性变形；另一方面，在切削过程中，刀具与工件接触区产生的切削热不易释放出去，容易造成被加工工件和机床工艺系统的热变形。以上两方面的问题都会影响工件的制造精度和表面完整性。针对以上存在的问题，本文提出了一种刀具可进让式进给运动的数控切削加工新方法，这种一进一让地进给切削加工有利于以上问题的解决。

2 进让式切削加工原理和数学模型

　　在五轴机床上，刀具沿被加工工件表面做直线插补运动时，取被加工曲面上3个加工点P_i、P_i+1、P_i+2的坐标分别为只(X_i，y_i，Z_i，A_i，B_i)，P_i+1(x_i+1，Y_i+1，z_i+1，A_i+1，B_i+1)，P_i+2(X_i+2，Y_i+2，Z_i+2，A_i+2，B_i+2)，如图1所示，其中砂轮从点Pi经点P_i+1至点P_i+2的距离等于一个走刀步长。刀具从加工点只沿走刀方向进给一个步长到达点P_i+2后，再从点P_i+2沿走刀方向相反的方向回让到只+l点，刀具就这样一进一让地进给切削工件曲面，称之为进让式切削加工。其中P_i、P_i+1、P_i+2三点之间的坐标关系如下：

图1球形刀五坐标进让式切削加工模型 

3 加工精度的分析

　　走刀步长的计算：由于多坐标数控加工(指三、四、五坐标数控加工)一般只采用线性插补，因而，刀具运动的包络面与加工表面存在一定的逼近误差，在凹凸曲面上分别表现为欠切、过切现象，所以，对任一指定的直线逼近误差极限e，根据文献，可以确定走刀步长L的计算公式为

　　以下着重分析采用进让式切削加工方式加工凹、凸曲面时，对加工精度的影响。主要从几何、受力和切削热散失方面进行分析。

图2刀具进让式切削加工凹曲面 

　　第一种情况：被加工曲面为凹曲面。根据进让式切削加工原理，从考虑加工精度角度去分析该种加工方法的特点并得出以下结论。

　　①几何精度分析：由图2所示可知，刀具在回让的过程中，也进行了切削加工，切削的部分主要是刀具在进给过程中所形成的欠切部分。设L_i=L'，在三角形P_iP_i+1P_i+2中，P_iP_i+1<P_iP_i+2，即：L’<L，可知：δ_t'<δ_t。即：减少了被加工曲面的欠切部分，降低了加工误差，提高了加工精度。另外，走刀步长可以不必严格按照式(2)来确定，可以加大走刀步长，只要保证厶满足上式即可。