基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证|型腔铣参考刀具

　　摘要：基于单调链技术的型腔行切刀具轨迹的规划方法，特点在于用单调链的数目来抽象描述内外轮廓的多边形几何形状的复杂性，从而建立起抬刀次数与行切行距、内外轮廓多边形的几何形状，内外轮廓多边形的数目之间的具体关系式，并在此基础上，采用相应的算法规定，最大程度地减少了抬刀动作的次数。
　　关键词：数控加工；刀具轨迹；单调链；抬刀次数；行切行距；内外轮廓
　　中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0018-03
　　本文将对基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹生成算法进行实验，并通过实验对该种刀具轨迹规划算法生成的刀具轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹进行比较分析。
　　1 实验对象
　　实验中取一远红外线成像仪的盖子作为实验对象。其实验模型如图1所示。
　　2 刀具轨迹计算
　　在充分理解算法的基础上，以Matlab为工具，以红外线成像仪上盖为加工对象，算出该平面型腔的加工轨迹。
　　3 实验过程
　　3.1 实验条件
　　实验设备：采用XkN714立式数控床身铣床（见图2），主要参数见表1：
　　3.2 NC程序编制
　　利用程序计算出刀具轨迹点后，将这些单独的点转化为刀具轨迹线。图3为平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹，图4为基于单调链概念的平面型腔行切轨迹。从图中可看出平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹产生了3次抬刀动作，而基于单调链概念的型腔行切轨迹在整个加工过程中没有产生抬刀动作。
　　最后生成NC加工程序。
　　NC加工程序（部分）如下：
　　%
　　O0100
　　N1 G90G54 G80 G00X0Y0Z100.G17 G40
　　N2 S1200 M03
　　N3 G00 X122.107 Y40.081 Z50.M08
　　N4 Z1.1
　　N5 G01 Z0.1 F400
　　N6 X122.604 Y41.392 Z-0.41
　　N7 X122.8 Y43.Z-1.
　　N8 Y48.8 F800
　　N9 X115.368
　　N10 G02 X106.3 Y49.424 I0.078 J67.345
　　.
　　.
　　3.3 加工过程
　　NC加工程序生成以后，对实验对象进行加工，加工过程中两种加工方法均采用同样的加工参数，如表2所示：
　　基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法加工后的零件如图5所示：
　　4 实验结果比较及分析
　　4.1 轨迹总长度的比较
　　无论采用何种方法加工型腔，其轨迹线的总长度都是很重要的评价指标。生成了轨迹线之后，其长度很容易计算得出，表3是基于单调链概念的平面型腔加工轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹长度的对比表：
　　从表3中可以看出本文提出的基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法生成的刀具轨迹比平面区域加工方法生成的刀具轨迹要短6.6%，在加工参数一定的条件下，刀具轨迹线越短则所用的加工时间越短，加工效率就越高。
　　4.2 轨迹连续性的比较
　　加工效率还与各轨迹的连续性有很大的关系。也就是说在加工过程中，抬刀次数越少轨迹越连续，加工所需时间就越少，效率也就越高。反之，加工过程中多次抬刀使加工效率降低的同时也会使加工零件的质量因为系统的误差而降低。抬刀次数的增加对高速加工的影响最大，每次切削开始或结束时都需要加减速，而且对刀具和机床冲击都很大，影响刀具寿命和机床的精度。因此说加工过程中的抬刀次数越少越好。从图3和图4中可以看出两种轨迹规划方法分别所需的抬刀次数。表4就是这两种方法加工中的抬刀次数对比表：
　　从表4可看出基于单调链概念的刀具轨迹规划方法生成的刀具轨迹抬刀次数小于平面区域刀具轨迹规划方法生成刀具轨迹的抬刀次数。但在这个实验里效果不是很明显，这是由于实验的对象（远红外线成像仪上盖）型腔比较简单所致。如果把基于单调链概念的型腔行切刀具轨迹规划方法用于型腔比较复杂的零件，其效果将更明显。
　　5 结语
　　本文给出了基于单调链的型腔行切刀具轨迹规划方法NC加工程序的实现、整个实验的条件及过程；对基于单调链的型腔行切刀具轨迹规划方法与平面区域刀具轨迹规划方法在加工中的轨迹线长度和抬刀次进行了比较。
　　从实验结果的比较及分析可知，基于单调链的平面型腔行切轨迹规划方法生成的刀具轨迹长度比平面区域加工方法生成的刀具轨迹长度要短6.6%，并使加工过程中抬刀次数减少，轨迹连续性变好，从而可提高加工效率及表面质量。
　　参考文献
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　　作者简介：杨春花（1980-），女，云南昆明人，云南机电职业技术学院机械工程系教师，讲师，工学硕士，研究方向：机械自
　　动化。
　　（责任编辑：王书柏）

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