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五轴数控加工光滑无干涉刀具路径规划措施

发表时间:2015/4/17 作者:佚名 
五轴数控加工技术的关键就在于路径的规划, 在于如何更好地回避刀具与工件的干涉,本文从复杂曲面五轴刀具路径规划的角度入手,分析了五轴数控加工中干涉的分类,提出了五轴数控加工光滑无干涉刀具路径规划的主要措施,主要集中在优化刀具形状以及优化刀具轨迹算法这两个方面,从而确保了加工效率和加工精度。

  与传统的三轴数控加工技术相比,五轴数控加工增加了两个旋转自由度。因此,五轴数控加工不仅可以控制刀具进行不同方向的平动加工,而且可以利用两个旋转轴,使五轴数控机床的刀具能够快速实现在任意方向的自由加工。由此看出,五轴数控加工的巨大优势在于刀具路径的控制,这主要表现在以下几个方面。首先,五轴数控加工可以任意改变刀轴方向,因此可以避免刀具与加工部件的干涉,进而顺利完成复杂曲面的加工。其次,五轴数控加工便于随时调整刀轴方向,使刀具与加工曲面能够很好地匹配,并可以增大有效切宽,从而实现大型、复杂曲面的有效加工。再次,由于五轴数控加工技术能够有效控制刀轴方向,从而大大改善了加工条件。例如,在加工叶轮等曲率较大的曲面时,只需采用刚度较小的小型刀具,并通过有效控制刀轴方向,就能大大减小刀具悬伸量,同时还能够有效控制刀具的作用区域,减小刀具的磨损,从而在很大程度上确保了五轴数控加工的质量。基于以上原因,与三轴数控技术相比,五轴数控加工技术具有不可比拟的优势。但是,由于五轴数控加工多出了两个旋转自由度,因此使得其刀具路径规划的就更加复杂。总之,五轴数控加工技术的关键就在于路径的规划,在于如何更好地回避刀具与工件的干涉,特别是加工复杂曲面零件时,必须考虑到刀具与工件的几何约束,当有干涉出现时,可通过调整刀轴方向来避免干涉,在离散的刀触点处计算出刀具的可达方向锥,可以直接判断零件的可加工性,减少甚至可以避免对刀具路径进行反复的调整和检测,优化了刀具路径,最终生成无干涉刀具路径。

  本文在总结五轴数控加工中干涉分类的基础上,从复杂曲面五轴刀具轨迹规划的角度入手,分析了五轴数控加工光滑无干涉刀具路径规划的主要措施,以确保在保证加工精度的同时提高加工效率。

  1.五轴数控加工中的干涉类型

  在五轴数控加工过程中,常见的刀具干涉类型主要有三种,分别为碰撞干涉、过切干涉及超程干涉。

  1.1.碰撞干涉

  碰撞干涉也可称之为全局干涉,它是指刀具与机床主轴相对于非加工部位的干涉。例如,刀刃与工件的干涉、刀具切削的干涉、刀具移动中的干涉及固定零件与可动零件的干涉,这些都属于碰撞干涉。造成碰撞干涉的影响因素主要有:加工曲面的曲率、刀具的形状等。

  1.2.过切干涉

  对于工件表面与刀具切削部位的干涉,我们称之为过切干涉。一旦发生过切干涉,工件表面原本不被切除的地方被刀具切除,这往往容易引起工件公差的超标。过切干涉类型主要有三种,即为刀具尾端过切干涉、局部过切干涉及移动过切干涉。

  1.3.超程干涉

  一旦刀具刀位点的相位或坐标超过了机床的行程范围,我们就称之为超程干涉。这种干涉比较少见,其原因往往是由于数控编程者缺乏操作经验或失误等因素造成的。

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