CN104932422A - 一种数控程序刀具路径优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数控程序刀具路径优化方法，线段ABC是轮廓加工中取出的一段线，刀具从A点经过B点，再到C点，设C点为超程点位；其特征在于：在沿AB线段切线方向在B点增加圆弧路径B-B1，使刀具移动到B1点，B1点远离零件，在该点退刀；B1点退刀后，接着移到B2点，旋转C轴角度值，再移动到B3点，下刀至B4点，使用圆弧切入的走刀路径移动至B点，直至C点。本发明通过对超程后运动轨迹的优化，解决加工过程中刀具抬刀、下刀过程中可能产生零件过切问题。

Description

一种数控程序刀具路径优化方法
技术领域
本发明属于数控技术领域，具体涉及一种数控程序刀具路径优化方法。
背景技术
在机械加工行业中，飞机结构件的制造与一般机械制造业零件不同，在结构形状和加工工艺上有着自身的特点：
1)        零件结构复杂，材料各异，尺寸及位置精度要求高，往往需要多面加工；
2)        结构件轮廓与飞机外形相关，加工精度和质量要求较高，且多为直纹曲面；
3)        飞机结构件的等强度设计形成了大量复杂槽腔；与轮廓相邻的槽腔壁也常为直纹面。
依据飞机结构件的几何特点，各飞机制造厂经常使用AC摆角或BC摆角的五轴龙门式数控机床进行零件生产制造（BC摆角主轴结构见图1）。精加工零件轮廓面时，会采用五轴等高线加工的运行轨迹进行走刀（加工轨迹见图2）。由于五轴数控机床的摆角有行程限制，在五轴等高加工过程中，C轴可能会不断的旋转，当旋转后的值超出C轴的行程限制时，机床将无法继续旋转。常见的的处理方案为：①沿刀轴方向抬刀至安全位置；②逆方向旋转360°；③再沿刀轴方向下刀至原位置；④继续加工过程。（数控程序见表1）。
表1
　 注：C轴的行程为±190° 　
　 ................ 　
1 X81.261 Y15.229 Z40.443 B2.541 C-184.756 　
2 X81.632 Y13.933 Z40.415 B2.381 C-188.851 下一点坐标将为C-193.713，该位置超程
3 X77.527 Y14.572 Z140.329                  沿刀轴方向抬100mm距离
4 C171.149                                  C角反转360°
5 X81.632 Y13.933 Z40.415                   重新下刀至原坐位置
6 X82.012 Y12.581 Z40.389 B2.226 C166.287   继续下面的程序，该点C值已由-193.713置为166.287，未超程
7 X82.405 Y11.163 Z40.363 B2.081 C160.451 　
　 ................ 　
C轴超程的常用处理方法，存在以下问题，由于机床是在加工零件的过程中进行抬刀、旋转、下刀步骤，刀具贴合零件进行抬刀、下刀的运动，在完成相应运动过程后，加工位置上会出现一条刀具痕迹，影响零件的表面质量。
本发明的算法主要解决二大问题： 1）对数控程序中C轴字段进行是否超程的判断，并计算对超程后C轴逆向旋转的方向和角度；2）增加圆弧切入、切出程序段，在远离零件的安全位置进行抬刀、下刀操作。
发明内容
本发明的目的是，提出一种数控程序刀具路径的优化方法，解决AC摆角或BC摆角机床由于旋转角度过大造成超程的处理方法。通过对超程后运动轨迹的优化，解决加工过程中刀具抬刀、下刀过程中可能产生零件过切问题，以实现飞机结构件的精密加工。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
对超程处的的刀位轨迹进行路径优化，重新计算机床的超程后的运动轨迹，解决切伤零件的问题。例如线段ABC是轮廓加工中取出的一段线，刀具从A点经过B点，再到C点，设C点为超程点位。优化的主要思路是在沿AB线段切线方向在B点增加圆弧路径B-B1，使刀具移动到B1点，B1点远离零件，在该点退刀不会对零件表面造成影响。B1点退刀后，接着移到B2点，旋转C轴角度值，再移动到B3点，下刀至B4点，使用圆弧切入的走刀路径移动至B点，直至C点，整个步骤结束。整个刀具轨迹为 A→B→B1→B2→B3→B4→B→C。各点坐标计算方法如下：
已知A点坐标为（Xa,Ya，Za），B点坐标为（Xb,Yb，Zb），C点坐标为（Xc,Yc，Zc）,B4点距AB线段的值（B1点距BC线段的值）dr，抬刀距离dz，切出，切入圆弧r，可得：
B'(X',Y')点的增量坐标为：
B1(X'',Y'')点的坐标由B-B'线段绕B点旋转β角度，值为：
B4点的坐标值计算方法同上，但圆弧方向不同，仅需将C点坐标代入（Xa，Ya）中，β公式更改为：；
B2的XY坐标值和B1相同，B3的XY坐标值和B4相同，仅Z坐标值增加了dz；
上述公式A，B，C点为已知，r，dr值需要预先设定合格的初始值，并计算出B1 、B2、 B3、 B4的位置作为优化后刀具轨迹点。
本发明的有益效果：
1）优化了机床C轴超程后的运动轨迹，让机床主轴在无法切削到零件的位置进行C轴再运动，避免刀具碰撞零件。
2）使用圆弧切入、切出的走刀轨迹，可以有效的防止加工过程中对零件的切伤。
附图说明
图1 是BC摆角主轴结构示意图。
图2 是零件轮廓面加工轨迹图。
图3是刀具轨迹示意图。
图4是坐标计算几何关系图。
图5是实施例1的示意图。
图中  101.刀具  102.工件侧壁。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图进一步详细阐明本发明。
线段ABC是轮廓加工中取出的一段线，刀具从A点经过B点，再到C点，设C点为超程点位。优化的主要思路是在沿AB线段切线方向在B点增加圆弧路径B-B1，使刀具移动到B1点，B1点远离零件，在该点退刀不会对零件表面造成影响。B1点退刀后，接着移到B2点，旋转C轴角度值，再移动到B3点，下刀至B4点，使用圆弧切入的走刀路径移动至B点，直至C点，整个步骤结束。如图3所示，整个刀具轨迹为 A→B→B1→B2→B3→B4→B→C。各点坐标计算方法如下：
如图4所示，已知A点坐标为（Xa,Ya），B点坐标为（Xb,Yb），C点坐标为（Xc,Yc）,B4点距AB线段的值（B1点距BC线段的值）dr，抬刀距离dz，切出，切入圆弧r，可得：
B'(X',Y')点的增量坐标为：
B1(X'',Y'')点的坐标由B-B'线段绕B点旋转β角度，值为：
B4点的坐标值计算方法同上，但圆弧方向不同，仅需将C点坐标代入（Xa，Ya）中，β公式更改为：。
B2的XY坐标值和B1相同，B3的XY坐标值和B4相同，仅Z坐标值增加了dz；
上述公式A，B，C点为已知，r，dr值需要预先设定合格的初始值，并计算出B1 、B2、 B3、 B4的位置作为优化后刀具轨迹点。
   实施例1
下面结合图5详细举例说明。刀具由A点经过B点到达C点
A点坐标：X81.261 Y15.229 Z40.443 B2.541 C-184.756
B点坐标：X81.632 Y13.933 Z40.415 B2.381 C-188.851
C点坐标：X82.012 Y12.581 Z40.389 B2.226 C-193.713
机床C轴的行程为:±190°，C点坐标为:C-193.713，已超过机床行程。
设切出、切入圆弧半径r=5，退刀距离dr=3，抬刀高度dz=50，计算出的B1,B2,B3,B4点坐标为：
B1点坐标：X85.777 Y10.353 Z40.415 B2.381 C-188.851
B2点坐标：X83.890 Y10.813 Z90.377 B2.381 C-188.851
B3点坐标：X81.393 Y19.617 Z90.377 B2.381 C-188.851
B4点坐标：X83.280 Y19.156 Z40.415 B2.381 C-188.851
优化后的走刀轨迹如图5，从①至⑦，数控程序为：
G01 X81.261 Y15.229 Z40.443 B2.541 C-184.756
G01 X81.632 Y13.933 Z40.415 B2.381 C-188.851
G03 X85.777 Y10.353 Z40.415 R5 ；r5圆弧切出至B 1 点
G00 X83.890 Y10.813 Z90.377    ；抬刀dz=50至B 2 点
G00 C171.149                   ；C轴旋转360°
G00 X81.393 Y19.617 Z90.377    ；移到B 3 点
G01 X83.280 Y19.156 Z40.415    ；移到切入点B 4
G03 X81.632 Y13.933 Z40.415    ；r5圆弧切出至B 1 点
G01 X82.012 Y12.581 Z40.389 B2.226 C166.287 ；至C点。
通过以上算法优化后的刀具路径，在加工中有效可以防止刀具贴合在零件上进行进、退刀操作，用于解决加工飞机结构件侧壁易出现的过切、啃伤问题，提供了一种刀轨优化算法，实现飞机结构件的精确制造。

Claims (2)

1.一种数控程序刀具路径优化方法，线段ABC是轮廓加工中取出的一段线，刀具从A点经过B点，再到C点，设C点为超程点位；其特征在于：在沿AB线段切线方向在B点增加圆弧路径B-B1，使刀具移动到B1点，B1点远离零件，在该点退刀；B1点退刀后，接着移到B2点，旋转C轴角度值，再移动到B3点，下刀至B4点，使用圆弧切入的走刀路径移动至B点，直至C点，整个步骤结束。
2.根据权利要求1所述的一种数控程序刀具路径优化方法，其特征在于：各点坐标计算方法如下：
已知A点坐标为（Xa,Ya），B点坐标为（Xb,Yb），C点坐标为（Xc,Yc）,B4点距AB线段的值（B1点距BC线段的值）dr，抬刀距离dz，切出，切入圆弧r，可得：
B'(X',Y')点的增量坐标为：
B1(X'',Y'')点的坐标由B-B'线段绕B点旋转β角度，值为：
B4点的坐标值计算方法同上，但圆弧方向不同，仅需将C点坐标代入（Xa，Ya）中，β公式更改为：；
B2的XY坐标值和B1相同，B3的XY坐标值和B4相同，仅Z坐标值增加了dz；
上述公式A，B，C点为已知，r，dr值需要预先设定合格的初始值，并计算出B1 、B2、 B3、 B4的位置作为优化后刀具轨迹点。
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