多轴联动数控加工中转向处理的新方法

　　在多轴联动数控加工中，加工表面就是刀具沿着一条条连续的刀具轨迹切削后包络而成的，因此刀具轨迹的生成技术是CAM系统中的关键技术之一，如何使刀具轨迹长度最短、排列更合理、加工更容易，是口前数控加工研究的一项重要课题。在连续切削过程中，从上一条轨迹的终止点到下一条轨迹的起始点，需要进行转向处理，如图1所示。转向处理是否得当直接关系到加工效率、加工精度的高低以及加工的难易程度。但由于在较大零件的表面加工中，转向轨迹量在总轨迹长度中所占比例较小，所以转向处理往往不太受重视，致使某些数控软件由于采用了不尽合理的转向处理方法而白白浪费了大量机时。

　　在多轴联动数控加工中，既可以使用球头刀具，也可以使用平底刀具。由于球头刀的法矢具有自适应性，因此转向处理方法比较烦琐，转向时刀轴转动角度大，而且因为曲面边界尚未切削出来，在转向处理时，还必须考虑边界切削问题。因此，本文提出一种简单易行、高效的边界转向处理算法。

1 避免边界切削的方法

　　首先介绍避免边界切削的方法。如图1所示，有文献把刀具切触点M切出理论曲面外作为单条轨迹切削终止判据，此时边界尚未完全切出，因此在转向处理时，还需将尚未加工的边界切削出来。作者采用与文献不同的方法，把左、右切削宽度点P1、P2全部切出理想曲面作为单条轨迹的终止切削条件，这样可保证一次走刀可以完全切出边界。同时如果下一条轨迹线的起始点在理想曲面边界内部，则应在其进给方向的反方向上插补一个刀位，使此插补刀位点位于曲面边界上，这样可以保证下一次走刀也可以完全切出边界。

图1 单条轨迹终止切削示意图

2 转向处理过程

　　如图2所示，转向处理的具体过程是:从上条轨迹的终止点开始，即有效宽度切出后即转向，在上条轨迹的终止刀位点和下一条轨迹的起始刀位点之间按直线插补几个刀心，在两刀轴矢量ac、a'c之间按锐角方向q也插补出相同数量的刀轴矢量，作为转向刀位值，在实际加工中，就按照此刀位值进行走刀。在转向过程中，不需要关心刀轴的姿态和边界切削的情况，不进行残留面积高度检测，只进行干涉检验和修正。

图2 转向过程

3 转向处理中的干涉修正

　　干涉量d的大小可由其它文献介绍的残留面积检测法求得。首先计算平底刀具的刀尖轨迹圆(图1)上各点到理论曲面的距离t，当t>0时，则说明无过切干涉;当t<0时，说明刀尖在该点切人曲面，即发生过切干涉。最后再通过比较各干涉点t|的大小求得最大干涉量d。干涉修正可直接采用抬刀的办法，如图3所示，即保持刀轴矢量不变的情况下，将刀具沿轴向抬高一个距离d'

　　d'=d/cosb (1)

　　式中：d为最大干涉量；b为最大干涉点处的单位法矢n与刀轴单位矢量ac的夹角，即b=cos-1(n·ac)。

　　修正后的刀位点的刀轴矢量不变，刀心矢量为

　　r'c=rcd'ac (2)

　　式中：rc为修正前的刀心矢量。

图3 转向过程干涉处理

4 结论

　　在数控切削加工时，铣刀应该逐渐进人实际曲面的切削位置，起刀点位于曲面之外。切削完毕后，铣刀应沿进给方向走出曲面，停刀于曲面之外。在切削到边界时，应保证边界曲面完整地切削出来。本文介绍的转向处理方法很好地满足了上述要求，并且简单易行，大大提高了边界切削的效率。