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削加工刀具軌跡生成相關(guān)內(nèi)容概述 多坐標精工銑削的加工對象，多坐標精工銑削加工可以解決任何復雜曲面零件的加工問題,。根據(jù)零件的形狀特征進行 分類,，可以歸納為如下幾種加工對象（或加工特征）：多坐標點位加工、空間曲線加工,、曲 面區(qū)域加工,、組合曲面加工、曲面交線區(qū)域加工,、曲面間過渡區(qū)域加工,、裁剪曲面加工,、復雜多曲面加工、曲面型腔加工,、曲面通道加工,。 刀具軌跡生成方法 —種較好的刀具軌跡生成方法，不僅應該滿足計算速度快,、占用計算機內(nèi)存少的要求,，更重要的是要滿足切削行距分布均勻、加工誤差小,、走刀步長分布合理,、加工效率高等要求。目前,，比較常用的刀具軌跡生成方法主要有如下幾種,。 參數(shù)線法——適用于曲面區(qū)域和組合曲面的加工編程。 截平面法——適用于曲面區(qū)域,、組合曲面,、復雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 回轉(zhuǎn)截面法一適用于曲面區(qū)域,、組合曲面,、復雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 投影法一適用于有干涉面存在的復雜多曲面和曲面型腔的加工編程,。 三坐標球形刀多面體曲面加工方法一適用于三角域曲面的加工編程,。 與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個基本概念切觸點（cutting contact point)指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點。對于曲面加工,，不論采用什么刀具,，從幾何學的角度來看，刀具與加工曲面的接觸關(guān) 系均為點接觸,。切觸點曲線（cutting contact curve)指刀具在加工過程中由切觸點構(gòu)成的曲線,。 切觸點曲線是生成刀具軌跡的基本要素，既可以顯式地定義在加工曲面上,，如曲面的等參數(shù)線,、二曲面的交線等，也可以隱式定義.使其滿足一定約束條件,，如約束刀具沿導動線運 動,，而導動線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點，還可以定義刀具中心軌跡,，切觸點曲線由刀具中心軌跡隱式定義,。這就是說，切觸點曲線可以是曲面上實在的曲線,，也可以是對切觸點的約束條件所隱含的“虛擬”曲線,。 刀位點數(shù)據(jù)（cutter location data,簡稱為CLData) 指準確確定刀具在加工過程 中的每一位置所需的數(shù)據(jù),。一般來說，刀具在工件坐標系中的準確位置可以用刀具中心點和刀軸矢量來進行推述,，其中刀具中心點可以是刀心點,，也可以是刀尖點，視具體情況而定,。 刀具軌跡曲線指在加工過程中由刀位點構(gòu)成的曲線,，曲線上的每一點包含一個刀 軸矢量。刀具軌跡曲線一般由切觸點曲線定義刀具偏置計算得到,，計算結(jié)果存放于刀位文件 (CLData file)之中,。 導動規(guī)則指曲面上切觸點曲線的生成方法（如參數(shù)線法、截平面法）及一些有關(guān) 加工精度的參數(shù),，如步長,、行距、兩切削行間的殘余高度,、曲面加工的盈余容差（out tol-96erance)和過切容差（inner tolerance)等,。刀具偏置（tool offset)指由切觸點生成刀位點的計算過程。4.曲面加工刀具軌跡生成計算過程由以上定義,，可以將曲面加工刀具軌跡的計算過程簡略地表述為：給出一張或多張待加 工曲面（零件面）,，按導動規(guī)則約束生成切觸點曲線，由切觸點曲線按某種刀具偏置計算方法生成刀具軌跡曲線,。由于-?般的精工系統(tǒng)有線性,、圓弧等少數(shù)幾種插補功能，所以一般需 將切觸點曲線和刀具軌跡曲線按點串方式給出,，并保證加工精度,。在個別情況下也有例外， 如用球形刀三坐標加工比較光順的曲面時,，可以直接根據(jù)曲面計算得到其等距面,，刀具軌跡曲線完全由等距面確定。這時切觸點曲線的定義和刀具偏置計算融合在等距面的構(gòu)造過程中,，導動規(guī)則約束了等距面的離散,，即刀位點的生成過程。(二）多坐標銑削加工刀具軌跡生成1.參數(shù)線軌跡生成法曲面參數(shù)線加工方法是多坐標精工加工中生成刀具軌跡的主要方法,，特點是切削行 沿曲面的參數(shù)線分布,，即切削行沿u線或v線分布,，適用于網(wǎng)格比較規(guī)整的參數(shù)曲面的加工,。基于曲面參數(shù)線加工的刀具軌跡計算方法的基本思想是利用Bezier曲線曲面的細分特性,，將加工表面沿參數(shù)線方向進行細分,，生成的點位作為加工時刀具與曲面的切觸點,。因此，曲面參數(shù)線加工方法也稱為Bezier曲線離散算法,。Bezier曲線離散算法按照離散方式可分為四叉離散算法和二叉離散算法,。由于前者占用 的存儲空間大，因此在刀具軌跡的計算中一般采用二叉離散算法,。在加工中,，刀具的運動分為切削行的走刀和切削行的進給兩種運動。刀具沿切削行 走刀所覆蓋的一個帶狀曲面區(qū)域,，稱為加工帶,。二叉離散過程首先沿切削行的行進給方向?qū)η孢M行離散，得到加工帶,，然后在加工帶上沿走刀方向?qū)庸нM行離散,，得到切削行。二叉離散算法要求確定一個參數(shù)線方向為走刀方向,，假定為u參數(shù)曲線方向,，相應的另 一參數(shù)曲線v方向即為切削行的行進給方向，然后根據(jù)允許的殘余高度計算加工帶的寬度,； 并以此為基礎(chǔ),，根據(jù)v參數(shù)曲線的弧長計算刀具沿v參數(shù)曲線的走刀次數(shù)（即加工帶的數(shù) 量）；加工帶在v參數(shù)曲線方向上按等參數(shù)步長（或局部按等參數(shù)步長）分布,。球形刀與環(huán) 行刀加工帶寬的計算方法不同,。基于參數(shù)線加工的刀具軌跡計算方法有多種,，比較成熟的有等參數(shù)步長法,、參數(shù)篩選 法、局部等參數(shù)步長法,、參數(shù)線的差分箅法及參數(shù)線的對分箅法等,，等參數(shù)步長法最簡單的曲線離散算法是等參數(shù)步長法，即在整條參數(shù)線上按等參 數(shù)步長計算點位,。參數(shù)步長和曲面加工誤差沒有一定關(guān)系,，為了滿足加工精度，通常步長的取值偏于保守且憑經(jīng)驗,。這樣計算的點位信息比較多,。由于點位信息按等參數(shù)步長計算，沒有用曲面的曲率來估計步長,，因此,，等參數(shù)步長法沒有考慮曲面的局部平坦性。但這種方法計算簡單，速度快,，在刀位計算中常被采用,。參數(shù)篩選法按等參數(shù)步長法計算離散點列，步長取值使離散點足夠密,，然后按曲面的曲率半徑,、加工誤差從離散點列中篩選出點位信息。參數(shù)篩選法克服了等參數(shù)步長的缺點,，但計算速度稍慢一些,。這個方法的優(yōu)點是計算的點位信息比較合理且具有一定的通 用性。局部等參數(shù)步長法在實際應用中,，也常采用局部等參數(shù)步長離散算法：即加工帶在v參數(shù)曲線方向上按局部等參數(shù)步長（曲面片內(nèi)）分布,；在走刀路線上，走刀步長根據(jù)容差進行計算,，方法是在每一段U參數(shù)曲線上,，按******曲率估計步長，然后按等參數(shù)步長進行 離散,。采用局部等參數(shù)步長離散算法來求刀位點,，不僅考慮了曲率的變化對走刀步長的影響，而且計算方法也比較簡單,。參數(shù)線的差分算法對于走刀路線上的一批等參數(shù)步長離散點的位置,，采用向前差 分方法將大大加快計算速度。其基本的步驟如下,。 求u線方程,。 計算插值點的差分公式。參數(shù)線的差分算法是效率較高的局部等參數(shù)步長離散算法,， 在參數(shù)曲面加工的刀具軌跡計算中應用較為廣泛,。 參數(shù)線的對分算法參數(shù)線的對分算法是曲線離散算法的一種，即在曲線離散算法 中,，在曲線段參數(shù)的中點將曲線離散一次,，得到兩個曲線段。參數(shù)線的對分算法適用于刀具軌跡的局部加密（在刀具軌跡的交互編輯中可用到）,。4.投影法（圖3-59)投影法加工的基本思想是使刀具沿一組事先 定義好的導動曲線運動,，同時跟蹤待加工表面的形狀。導動曲線在待加工表面上的投影一般為切 ?3"58 觸點軌跡,，也可以是刀尖點軌跡,。切觸點軌跡適 合于曲面特征的加工，而對于有干涉面的場合,， 限制刀心點更為有效,。由于待加工表面上每一點的法矢均不相同,，因此限制切觸點軌跡不能 保證刀尖軌跡落在投影方向上，所以限制刀尖容易控制刀具的準確位置,，可以保證在一些臨界位置和其他曲面不發(fā)生干涉。導動曲線的定義依加工對象而定,。對于曲面上要求精確成形的輪廓線,，如曲面上的花紋、文字和圖形,，可以事先將輪廓線投影到工作平面上作為導動曲線,。多個嵌套的內(nèi)環(huán)與一個外環(huán)曲線作為導動曲線可用于限制曲面上的加工區(qū)域。對于曲面型腔的加工,，便可采用平面型腔的加工方法：首先將型腔底面與邊界曲面和島嶼邊界曲面的交線投影到工作平面上,，按平面型腔加工方法生成一組刀具軌跡，然后將該刀具軌跡投影到型腔曲面上,，限制刀尖位置,，便可生成曲面型腔型面的刀具軌跡。 投影法加工以其靈活且易于控制等特點在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用,， 常用來處理其他方法難以取得滿意效果的組合曲面和曲面型腔的加工,。
維護章程精工系統(tǒng)的維護1、嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度2,、防止灰塵進入精工裝置內(nèi)：漂浮的灰塵和金屬粉末容易引起元器件間絕緣電阻下降,，從而出現(xiàn)故障甚至損壞元器件。3,、定時清掃精工柜的散熱通風系統(tǒng)4,、經(jīng)常監(jiān)視精工系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓：電網(wǎng)電壓范圍在額定值的85%～110%。5,、定期更換存儲器用電池6,、精工系統(tǒng)長期不用時的維護：經(jīng)常給精工系統(tǒng)通電或使精工機床運行溫機程序。7,、備用電路板的維護機械部件的維護機械部件的維護1,、刀庫及換刀機械手的維護1）用手動方式往刀庫上裝刀時，要保證裝到位,，檢查刀座上的鎖緊是否可靠,；2）嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫,，防止機械手換刀時掉刀或刀具與工件,、夾具等發(fā)生碰撞；3）采用順序選刀方式須注意刀具放置在刀庫上的順序是否正確,。其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致,，防止換錯刀具導致事故發(fā)生；4）注意保持刀具刀柄和刀套的清潔；5）經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確,，檢查機床主軸回換刀點位置是否到位,，并及時調(diào)整，否則不能完成換刀動作,；6）開機時,，應先使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常,，特別是各行程開關(guān)和電磁閥能否正常動作,。2、滾珠絲杠副的維護1）定期檢查,、調(diào)整絲杠螺母副的軸向間隙,，保證反向傳動精度和軸向剛度；2）定期檢查絲杠支撐與床身的連接是否松動以及支撐軸承是否損壞,。如有以上問題要及時緊固松動部位,，更換支撐軸承；3）采用潤滑脂的滾珠絲杠,，每半年清洗一次絲杠上的舊油脂,，更換新油脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠,，每天機床工作前加油一次,；4）注意避免硬質(zhì)灰塵或切屑進入絲杠防護罩和工作過程中碰擊防護罩，防護裝置一有損壞要及時更換,。3,、主傳動鏈的維護1）定期調(diào)整主軸驅(qū)動帶的松緊程度；2）防止各種雜質(zhì)進入油箱,。每年更換一次潤滑油,；3）保持主軸與刀柄連接部位的清潔。需及時調(diào)整液壓缸和活塞的位移量,；4）要及時調(diào)整配重,。4、液壓系統(tǒng)維護1）定期過濾或更換油液,；2）控制液壓系統(tǒng)中油液的溫度,；3）防止液壓系統(tǒng)泄漏；4）定期檢查清洗油箱和管路,；5）執(zhí)行日常點檢查制度,。5、氣動系統(tǒng)維護1）清除壓縮空氣的雜質(zhì)和水分,；2）檢查系統(tǒng)中油霧器的供油量,；3）保持系統(tǒng)的密封性,；4）注意調(diào)節(jié)工作壓力；5）清洗或更換氣動元件,、濾芯,；使用注意1、精工機床的使用環(huán)境：對于精工機床最好使其置于有恒溫的環(huán)境和遠離震動較大的設(shè)備（如沖床）和有電磁干擾的設(shè)備,；2,、電源要求；3,、精工機床應有操作規(guī)程：進行定期的維護、保養(yǎng),，出現(xiàn)故障注意記錄保護現(xiàn)場等,；4、精工機床不宜長期封存,，長期會導致儲存系統(tǒng)故障,，數(shù)據(jù)的丟失；5,、注意培訓和配備操作人員,、維修人員及編程人員
精工機床的基本組成包括加工程序載體,、精工裝置,、伺服驅(qū)動裝置、機床主體和其他輔助裝置,。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明,。 加工程序載體 精工機床工作時，不需要工人直接去操作機床,，要對精工機床進行控制,，必 須編制加工程序。零件加工程序中,，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡,、工藝參數(shù)（進給量主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼,，存儲在一種程序載體上,，如穿孔紙帶、盒式磁帶,、軟磁盤等,，通過精工機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元,。 機床主體 機床主機是精工機床的主體,。它包括床身,、底座、立柱,、橫梁,、滑座、工作臺,、主軸箱,、進給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機械部件,。它是在精工機床上自動地完成各種切削加工的機械部分,。與傳統(tǒng)的機床相比，精工機床主體具有如下結(jié)構(gòu)特點：1）采用具有高剛度,、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu),。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼,、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性,，使機床主體能適應精工機床連續(xù)自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結(jié)構(gòu)布局,、減少發(fā)熱,、控制溫升及采用熱位移補償?shù)却胧蓽p少熱變形對機床主機的影響,。2）廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置,，使精工機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),。3）采用高傳動效率,、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件,，如滾珠絲杠螺母副,、塑料滑動導軌、直線滾動導軌,、靜壓導軌等,。精工裝置 精工裝置是精工機床的核心。現(xiàn)代精工裝置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式,，這種CNC裝置一般使用多個微處理器,，以程序化的軟件形式實現(xiàn)精工功能，因此又稱軟件精工（Software NC）,。CNC系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng),，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件,。因此,，精工裝置主要由輸入,、處理和輸出三個基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計算機的系統(tǒng)程序進行合理地組織,，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作,。1）輸入裝置：將精工指令輸入給精工裝置，根據(jù)程序載體的不同,，相應有不同的輸入裝置,。主要有鍵盤輸入、磁盤輸入,、CAD/CAM系統(tǒng)直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接精工）輸入,，現(xiàn)仍有不少系統(tǒng)還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。（1）紙帶輸入方式,?？捎眉垘Ч怆婇喿x機讀入零件程序，直接控制機床運動,，也可以將紙帶內(nèi)容讀入存儲器,，用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動,。（2）MDI手動數(shù)據(jù)輸入方式,。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用于比較短的程序,。在控制裝置編輯狀態(tài)（EDIT）下,，用軟件輸入加工程序，并存入控制裝置的存儲器中,，這種輸入方法可重復使用程序,。一般手工編程均采用這種方法。在具有會話編程功能的精工裝置上,，可按照顯示器上提示的問題,，選擇不同的菜單，用人機對話的方法,，輸入有關(guān)的尺寸數(shù)字,，就可自動生成加工程序。（3）采用DNC直接精工輸入方式,。把零件程序保存在上級計算機中,，CNC系統(tǒng)一邊加工一邊接收來自計算機的后續(xù)程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設(shè)計的復雜工件并直接生成零件程序的情況,。2）信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元,，編譯成計算機能識別的信息，由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定,，逐步存儲并進行處理后,，通過輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制部分,。CNC系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)包括：零件的輪廓信息（起點、終點,、直線,、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀,、變速,、冷卻液開關(guān)等），數(shù)據(jù)處理的目的是完成插補運算前的準備工作,。數(shù)據(jù)處理程序還包括刀具半徑補償,、速度計算及輔助功能的處理等。3）輸出裝置：輸出裝置與伺服機構(gòu)相聯(lián),。輸出裝置根據(jù)控制器的命令接受運算器的輸出脈沖,，并把它送到各坐標的伺服控制系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大,，驅(qū)動伺服系統(tǒng),，從而控制機床按規(guī)定要求運動。 伺服與測量反饋系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是精工機床的重要組成部分,，用于實現(xiàn)精工機床的進給伺服控制和主軸伺服控制,。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自精工裝置的指令信息，經(jīng)功率放大,、整形處理后,，轉(zhuǎn)換成機床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統(tǒng)是精工機床的最后環(huán)節(jié),，其性能將直接影響精工機床的精度和速度等技術(shù)指標,，因此，對精工機床的伺服驅(qū)動裝置,，要求具有良好的快速反應性能,，準確而靈敏地跟蹤精工裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能忠實地執(zhí)行來自精工裝置的指令,，提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度,。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。驅(qū)動裝置由主軸驅(qū)動單元,、進給驅(qū)動單元和主軸伺服電動機,、進給伺服電動機組成。步進電動機,、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅(qū)動裝置,。測量元件將精工機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的精工裝置中，精工裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較,，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設(shè)定值所需的位移量指令,。 精工機床輔助裝置 輔助裝置是保證充分發(fā)揮精工機床功能所必需的配套裝置,，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置,，排屑裝置,，冷卻、潤滑裝置,，回轉(zhuǎn)工作臺和精工分度頭,，防護，照明等各種輔助裝置,。