基于RT-Linux的聚晶金刚石刀具五轴电火花刃磨数控系统开发

2 数控系统关键模块设计

　　2.1 刀具形状检测及加工程序自动生成模块

　　在PCD刀具制造过程中，由于刀体制作以及焊接PCD刀片层时产生的偏差，刀口不是一条确定的空间曲线，故不能用一个简单而准确的数学模型表述，而且由于PCD材料的硬度很高，磨削量要取得尽量小，因此刀具的加工轨迹不能预先给出，需要在加工前对将要磨削的PCD刀具的刃口进行准确测量，并根据测量结果生成加工程序。如图3所示，刀具的测量采用自适应测量的算法，算法中考虑了测量过程中可能出现的各种情况，可以自动识别刀具边沿，并通过使用带有逻辑判断及执行控制功能的数控程序来完成对刀具复杂刃口曲线的实际在线测量，此算法使得操作变得简单易行，用户只需要为每个待测刀片提供一个测量参考点，而且对参考点在刀片上的位置也没有任何要求。

图 3 PCD 刀具的测量过程

　　系统完成刀具形状检测后，自动编程模块需要根据检测出来的刀具位置参数、用户输入的修电极参数以及刀具本身的类型、大小齿数等具体参数综合生成加工程序。对于PCD刀具来说，刀具类型需要预先在系统中定义，而同一类型的不同刀具表现为半径、齿数等形状参数不一致。因此，为了提高加工效率和加工质量，降低工人的劳动强度和技术要求，系统设计了常用刀具的工艺数据库供使用者调用，用户只需输入刀具基本的参数系统即可生成加工程序。

　　自动编程模块的结构如图4所示，模块从人机交互界面得到刀具参数信息，确定刀具类型和电加工参数，然后将上一步检测的结果作为原始数据点拟合出刃口曲线方程。本文采用工业中广泛应用的三次非均匀有理B样条曲线进行刃口曲线拟合。根据原始数据点可以得到相应的控制顶点，继而可以得到所需刃口曲线上的点。拟合过程中节点矢量的计算公式为

　　基于三次非均匀有理B样条理论和刃磨精度要求，可获得系统加工PCD刀具所需的轨迹点，进而生成加工程序。