干涉检验作为数控加工自动编程中的关键问题之一,一回转体沟槽曲面零件在复杂曲面零件中占有很 大的比直受到人们的高度重视。但大多数研究主要是从刀具球头例,如整体叶轮、回转面刀具、涡 轮等,其加工必须在四、五轴和被加工面之间发生干涉的角度出发,集中于三轴加数控加工机床上 进行。由于回转体沟槽曲面零件相邻沟槽工【‘,‘」,其千涉问题基本得到了解决。而四、五轴 加工时,由之间的空间小,其干涉问题尤为突出。因此,本文将从分析于多了一或二个方向的转动 或摆动,干涉检验算法较复杂。干涉类型与干涉对象人手,着眼于全局,以降低检验干涉过如果研 究者仍从上述角度考虑的话,其成果必定具有局限程的复杂程度为原则,开展干涉检验及刀位修正算法的研性。究。1干涉类型的划分第3期 孙春华等:回转体沟槽曲面数控加工无于涉刀位轨迹的生成49本文所指的干涉为刀具与各部件之间 存在相交体,即刀为刀具球头半径。若曲面上一点P;满足下列关系具与被加工表面产生过切。根据相交体在刀具的不同位置,PA·AZROand可以将干涉分为:IPpi IZ-(PtP·A)2
1/R0(3)qJA;v~.由于占。_/V,V)的确定涉及到大量的微分几何计算,/M 多子 巾必d一二卜因此可作下列处理:按一定规律取垂直于工件回转轴的等参J 问Z/J 丫//”数曲线,计算某一等参数曲线的法曲率。M OI \c 、M O\}等参数曲线的法曲率计算公式可表示为:\--*x厂\ryk。(y)=Ir。(y)x r。(。)/lr。(。)”(4)。则式(3)可表示力(c汀。切换条件 U)不可行条件k。_(y)>1/R。(5)W图3T;、T。极限点的确定刀具尺寸不合适所引 起的干涉可以通过改变刀具尺寸如图3所示,在平面/人中,CL曲线用C;1、CZ,…,Cw各来避免,即点的坐标来表示。设现刀位点C位于点C;卢点C;。之间,R。<1/kn。(y)(6)则确定极限点 T1J。的算法,必须满足下列三个条件:①更22 刀体干涉的检验与刀位修正算法 新条件;②切换条件;③不可行条件。设C和Ct分别为加工区面上某一刀触点及其对应的首先定义 参考轴: 刀位点,P为相应的刀尖点上为相应的单位刀轴矢量,R。CHI_V=dH=-Xn。1~N(9)CCI’”t一则点C在左切线八和右切线人可分别表示为AI—n巳江十·RJ/一。川Ar—nde· ROtV(。Q)(10)式中ROtV(一。0)、ROtV(。H)分别表示绕V的旋转矩阵。如图3a所示。若n满足下列更新条件,则将Cd赋予 TI:CtC(i-1)-。CnA,·===----->AI·==== ndCA(i.1)”““‘CM 一IAIX了七子三头卞1·V一 皿(贝1)\““‘ICXil/当搜索到对应于TI的反向点时,结束对TI的搜索,开始对马点进行搜索,如图3b所示。切换条件为:CTI CAI7三六子T·7三六十丁*一1(12)ICtClll CtCI“““一”当满足下列条件时,将c。赋予TZ:、CAI(i.1)-。CtCA-·7三十己J二L下8(16)式中9l—re(n;·(-yi》;中2 一——(nZ·X);X为q1Q2的单位矢量巾为给定的误差值。若发生包络干涉,则需要在刀位点CI与CZ之间插人新的刀位点C:l、Ct\。插人原则为刀具与刀触点处的切平面以及CI CZ的连线相切,则插人点可由下式得到:c一*+RO·h;-Y八0;·刊卜(且/幻人-门O一二S)(17)式中 l为 CI CZ连线的单位矢量;yi—IC。(CI·(-1))yZ二 re(nZ·y)3 仿真实例上述所提出的干涉检验及刀位修正算法已用于所开发的整体叶轮数控加工CAD/CAM软 件系统中。如图5所示是仿真实例。图sa是采用直接计算得到的刀位来进行切削仿真的,涂颜色 表示干涉区域。图sb是采用上述提出的算法修正后的刀位轨迹仿真。从图5可以很清楚地看出, 通过上述算法规划刀位,不仅可以消除刀头与被加工工件之间的干涉,而且可以消除刀体与被加工 工件之间的干涉,保证了所生成的无干涉刀位能够加工出合格的产品。】瞩b)刀体干涉几)消除干涉图5干涉检验仿真4 结 论按照相交体在刀具的不同部位,将干涉分为几种类型;针对不同的干涉类型,提出了相应的干涉检 验及刀位修正算法。算法不仅考虑了刀具与被加工表面的干涉检验,而且还考虑了刀杆与被加工表 面的干涉检验,兼顾了全局;将空间三维问题二维化,降低了算法的复杂程度。算法全面、快速。 稳定。通过计算机仿真验证了算法的正确性。回转体沟槽曲面数控加工无干涉刀位轨迹的生成@孙春华$河海大学机电学院!常州213022
@尚广庆$杭州电子工业学院机械系!杭州310012
@刘华明$哈尔滨工业大学现代生产技术中心!哈尔滨150001回转体沟槽曲面;; 刀位轨迹; ;干涉检验及修正为了实现数控加工回转体沟槽曲面干涉的自动检验,将干涉分为三种类型,针对 不同的干涉类型提出了相应的干涉检验和刀位修正算法。算法不仅包括了刀头部分与被加工曲面之 间,而且还包括了刀体与被加工曲面之间以及刀具包络运动所引起的干涉检验和刀位修正;并采用 将空间三维问题二维化,提出的算法全面、简单、快速、稳定。计算机仿真实例验证了算法的正确 性。<1>刘怀兰,周艳红,等.自由曲面NC加工无干涉刀位轨迹生成.中国机械工程,1996,7(3):47~49.
<2>B K Choi and C S Jun.Ball-end cutter interferene avoidance inNC ma