一種數(shù)控程序刀具路徑優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控程序刀具路徑優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)械加工行業(yè)中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的制造與一般機(jī)械制造業(yè)零件不同，在結(jié)構(gòu)形狀 和加工工藝上有著自身的特點(diǎn)： 1) 零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料各異，尺寸及位置精度要求高，往往需要多面加工； 2) 結(jié)構(gòu)件輪廓與飛機(jī)外形相關(guān)，加工精度和質(zhì)量要求較高，且多為直紋曲面； 3) 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)形成了大量復(fù)雜槽腔；與輪廓相鄰的槽腔壁也常為直紋 面。
[0003] 依據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的幾何特點(diǎn)，各飛機(jī)制造廠經(jīng)常使用AC擺角或BC擺角的五軸龍 門式數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件生產(chǎn)制造（BC擺角主軸結(jié)構(gòu)見圖1)。精加工零件輪廓面時(shí)，會(huì)采用 五軸等高線加工的運(yùn)行軌跡進(jìn)行走刀(加工軌跡見圖2)。由于五軸數(shù)控機(jī)床的擺角有行程 限制，在五軸等高加工過程中，C軸可能會(huì)不斷的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)后的值超出C軸的行程限制 時(shí)，機(jī)床將無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。常見的的處理方案為：①沿刀軸方向抬刀至安全位置；②逆方向 旋轉(zhuǎn)360° ;③再沿刀軸方向下刀至原位置；④繼續(xù)加工過程。（數(shù)控程序見表1)。
[0004]表1
C軸超程的常用處理方法，存在以下問題，由于機(jī)床是在加工零件的過程中進(jìn)行抬刀、 旋轉(zhuǎn)、下刀步驟，刀具貼合零件進(jìn)行抬刀、下刀的運(yùn)動(dòng)，在完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)過程后，加工位置上 會(huì)出現(xiàn)一條刀具痕跡，影響零件的表面質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明的算法主要解決二大問題：1)對(duì)數(shù)控程序中C軸字段進(jìn)行是否超程的判 斷，并計(jì)算對(duì)超程后C軸逆向旋轉(zhuǎn)的方向和角度；2)增加圓弧切入、切出程序段，在遠(yuǎn)離零 件的安全位置進(jìn)行抬刀、下刀操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是，提出一種數(shù)控程序刀具路徑的優(yōu)化方法，解決AC擺角或BC擺角 機(jī)床由于旋轉(zhuǎn)角度過大造成超程的處理方法。通過對(duì)超程后運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化，解決加工過 程中刀具抬刀、下刀過程中可能產(chǎn)生零件過切問題，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的精密加工。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 對(duì)超程處的的刀位軌跡進(jìn)行路徑優(yōu)化，重新計(jì)算機(jī)床的超程后的運(yùn)動(dòng)軌跡，解決切傷 零件的問題。例如線段ABC是輪廓加工中取出的一段線，刀具從A點(diǎn)經(jīng)過B點(diǎn)，再到C點(diǎn)， 設(shè)C點(diǎn)為超程點(diǎn)位。優(yōu)化的主要思路是在沿AB線段切線方向在B點(diǎn)增加圓弧路徑B-Bi，使 刀具移動(dòng)到&點(diǎn)，B i點(diǎn)遠(yuǎn)離零件，在該點(diǎn)退刀不會(huì)對(duì)零件表面造成影響。B 退刀后，接著 移到氏點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)C軸角度值，再移動(dòng)到B 3點(diǎn)，下刀至B 4點(diǎn)，使用圓弧切入的走刀路徑移動(dòng)至 B點(diǎn)，直至C點(diǎn)，整個(gè)步驟結(jié)束。整個(gè)刀具軌跡為A -B -Bi-B2-B3-B4-B -C。各 點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法如下： 已知A點(diǎn)坐標(biāo)為（Xa，Ya，Za)，B點(diǎn)坐標(biāo)為（Xb，Yb，Zb)，C點(diǎn)坐標(biāo)為（Xc，Yc，Zc)，B4點(diǎn) 距AB線段的值（B1點(diǎn)距BC線段的值）dr，抬刀距離dz，切出，切入圓弧r，可得：
B'（X'，Y'）點(diǎn)的增量坐標(biāo)為：
Bi (X' '，Y' '）點(diǎn)的坐標(biāo)由B-B'線段繞B點(diǎn)旋轉(zhuǎn)0角度，值為：
B4點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算方法同上，但圓弧方向不同，僅需將C點(diǎn)坐標(biāo)代入（Xa，Y a)中，0公 式更改為
82的XY坐標(biāo)值和B i相同，B 3的XY坐標(biāo)值和B 4相同，僅Z坐標(biāo)值增加了 dz ; 上述公式A，B，C點(diǎn)為已知，r，dr值需要預(yù)先設(shè)定合格的初始值，并計(jì)算出&、B2、B 3、 B4的位置作為優(yōu)化后刀具軌跡點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的有益效果： 1)優(yōu)化了機(jī)床C軸超程后的運(yùn)動(dòng)軌跡，讓機(jī)床主軸在無法切削到零件的位置進(jìn)行C軸 再運(yùn)動(dòng)，避免刀具碰撞零件。
[0009] 2)使用圓弧切入、切出的走刀軌跡，可以有效的防止加工過程中對(duì)零件的切傷。
【附圖說明】
[0010] 圖1是BC擺角主軸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是零件輪廓面加工軌跡圖。
[0012] 圖3是刀具軌跡示意圖。
[0013] 圖4是坐標(biāo)計(jì)算幾何關(guān)系圖。
[0014] 圖5是實(shí)施例1的示意圖。
[0015] 圖中101?刀具102?工件側(cè)壁。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了便于理解，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)闡明本發(fā)明。
[0017] 線段ABC是輪廓加工中取出的一段線，刀具從A點(diǎn)經(jīng)過B點(diǎn)，再到C點(diǎn)，設(shè)C點(diǎn)為超 程點(diǎn)位。優(yōu)化的主要思路是在沿AB線段切線方向在B點(diǎn)增加圓弧路徑B-Bi，使刀具移動(dòng)到Bi點(diǎn)，Bi點(diǎn)遠(yuǎn)離零件，在該點(diǎn)退刀不會(huì)對(duì)零件表面造成影響。B:點(diǎn)退刀后，接著移到B2點(diǎn)， 旋轉(zhuǎn)C軸角度值，再移動(dòng)到民點(diǎn)，下刀至B4點(diǎn)，使用圓弧切入的走刀路徑移動(dòng)至B點(diǎn)，直至 C點(diǎn)，整個(gè)步驟結(jié)束。如圖3所示，整個(gè)刀具軌跡為A-B-Bi-B2-B3-B4-B-C。 各點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法如下： 如圖4所示，已知A點(diǎn)坐標(biāo)為（Xa，Ya)，B點(diǎn)坐標(biāo)為（Xb，Yb)，C點(diǎn)坐標(biāo)為（X。，Y。），B4點(diǎn)距AB線段的值（Bi點(diǎn)距BC線段的值）dr，抬刀距離dz，切出，切入圓弧r，可得：
B'（X'，Y'）點(diǎn)的增量坐標(biāo)為：
Bi(X' '，Y' '）點(diǎn)的坐標(biāo)由B-B'線段繞B點(diǎn)旋轉(zhuǎn)0角度，值為：
B4點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算方法同上，但圓弧方向不同，僅需將C點(diǎn)坐標(biāo)代入（Xa，Ya)中，0公 式更改為
[0018] 82的XY坐標(biāo)值和B i相同，B 3的XY坐標(biāo)值和B 4相同，僅Z坐標(biāo)值增加了 dz; 上述公式A，B，C點(diǎn)為已知，r，dr值需要預(yù)先設(shè)定合格的初始值，并計(jì)算出&、B2、B 3、 B4的位置作為優(yōu)化后刀具軌跡點(diǎn)。
[0019] 實(shí)施例1 下面結(jié)合圖5詳細(xì)舉例說明。刀具由A點(diǎn)經(jīng)過B點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn) A 點(diǎn)坐標(biāo)：X81. 261 Y15. 229 Z40. 443 B2. 541 C-184. 756 B 點(diǎn)坐標(biāo)：X81. 632 Y13. 933 Z40. 415 B2. 381 C-188. 851 C 點(diǎn)坐標(biāo)：X82. 012 Y12. 581 Z40. 389 B2. 226 C-193. 713 機(jī)床C軸的行程為：± 190°，C點(diǎn)坐標(biāo)為：C-193. 713,已超過機(jī)床行程。
[0020] 設(shè)切出、切入圓弧半徑r=5,退刀距離dr=3,抬刀高度dz=50,計(jì)算出的&，B2, B3, B4 點(diǎn)坐標(biāo)為： Bi點(diǎn)坐標(biāo)：X85. 777 Y10. 353 Z40. 415 B2. 381 C-188. 851 B2點(diǎn)坐標(biāo)：X83. 890 Y10. 813 Z90. 377 B2. 381 C-188. 851 B3點(diǎn)坐標(biāo)：X81. 393 Y19. 617 Z90. 377 B2. 381 C-188. 851 B4點(diǎn)坐標(biāo)：X83. 280 Y19. 156 Z40. 415 B2. 381 C-188. 851 優(yōu)化后的走刀軌跡如圖5,從①至⑦，數(shù)控程序?yàn)椋?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 GOO X83. 890 Y10. 813 Z90. 377 ?、抬刀dz=50至 82點(diǎn) G00 C171. 149 \C軸旋轉(zhuǎn) 360° G00 X81. 393 Y19. 617 Z90. 377 '移到~點(diǎn) G01 X83. 280 Y19. 156 Z40. 415多到切入點(diǎn)B4 G03 X81. 632 Y13. 933 Z40. 415 -，r5圓弧切出至 1點(diǎn) G01 X82. 012 Y12. 581 Z40. 389 B2. 226 C166. 287 ;至"C：點(diǎn)。
[0021] 通過以上算法優(yōu)化后的刀具路徑，在加工中有效可以防止刀具貼合在零件上進(jìn)行 進(jìn)、退刀操作，用于解決加工飛機(jī)結(jié)構(gòu)件側(cè)壁易出現(xiàn)的過切、啃傷問題，提供了一種刀軌優(yōu) 化算法，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的精確制造。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)控程序刀具路徑優(yōu)化方法，線段ABC是輪廓加工中取出的一段線，刀具從A點(diǎn) 經(jīng)過B點(diǎn)，再到C點(diǎn)，設(shè)C點(diǎn)為超程點(diǎn)位；其特征在于；在沿AB線段切線方向在B點(diǎn)增加圓 弧路徑B-Bi，使刀具移動(dòng)到Bi點(diǎn)，B1點(diǎn)遠(yuǎn)離零件，在該點(diǎn)退刀；B1點(diǎn)退刀后，接著移到B2點(diǎn)， 旋轉(zhuǎn)C軸角度值，再移動(dòng)到Bs點(diǎn)，下刀至B4點(diǎn)，使用圓弧切入的走刀路徑移動(dòng)至B點(diǎn)，直至 C點(diǎn)，整個(gè)步驟結(jié)束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控程序刀具路徑優(yōu)化方法，其特征在于：各點(diǎn)坐標(biāo)計(jì) 算方法如下： 已知A點(diǎn)坐標(biāo)為（X。，Y。)，B點(diǎn)坐標(biāo)為（Xb，Yb)，C點(diǎn)坐標(biāo)為（X。，Y。），B4點(diǎn)距AB線段的值 (Bi點(diǎn)距BC線段的值）化，抬刀距離dz，切出，切入圓弧r，可得：Bi狂' '，Y' '）點(diǎn)的坐標(biāo)由B-B'線段繞B點(diǎn)旋轉(zhuǎn)0角度，值為；B4點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算方法同上，但圓弧方向不同，僅需將C點(diǎn)坐標(biāo)代入（Xa，Ya)中，0公 式更改為：口 =7 -貧； B2的XY坐標(biāo)值和B姻同，B3的XY坐標(biāo)值和B湘同，僅Z坐標(biāo)值增加了化； 上述公式A，B，C點(diǎn)為已知，r，化值需要預(yù)先設(shè)定合格的初始值，并計(jì)算出Bi、B2、Bs、B4的位置作為優(yōu)化后刀具軌跡點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種數(shù)控程序刀具路徑優(yōu)化方法，線段ABC是輪廓加工中取出的一段線，刀具從A點(diǎn)經(jīng)過B點(diǎn)，再到C點(diǎn)，設(shè)C點(diǎn)為超程點(diǎn)位；其特征在于：在沿AB線段切線方向在B點(diǎn)增加圓弧路徑B-B1，使刀具移動(dòng)到B1點(diǎn)，B1點(diǎn)遠(yuǎn)離零件，在該點(diǎn)退刀；B1點(diǎn)退刀后，接著移到B2點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)C軸角度值，再移動(dòng)到B3點(diǎn)，下刀至B4點(diǎn)，使用圓弧切入的走刀路徑移動(dòng)至B點(diǎn)，直至C點(diǎn)。本發(fā)明通過對(duì)超程后運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化，解決加工過程中刀具抬刀、下刀過程中可能產(chǎn)生零件過切問題。
【IPC分類】G05B19/19
【公開號(hào)】CN104932422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510277489
【發(fā)明人】廖翔, 蒙志凌, 向兵飛
【申請(qǐng)人】江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日