哈爾濱中天數控工具有限責任公司
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顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。數控編程的核心工作是生成刀具運動軌跡，然后將其離散成刀位點，經后置處理產生數控加工程序。
刀具運動軌跡（又稱走刀路線或進給路線）是指加工過程中刀具相對于被加工件的運動軌跡和方向，包括切削加工的路徑和刀具切人及切出等非切削空行程。刀具運動軌跡的合理選擇是非常重要的，因為它與零件的成型效率和表面質量密切相關。
數控加工刀具運動軌跡是確定數控加工工藝的重要環(huán)節(jié)。刀具運動軌跡設計質量的好壞，將直接影響零件的加工質量及加工成本。因此，對數控加工過程中的刀具運動軌跡的研究是十分必要的。
1二維數控銑削加工刀具運動軌跡二維數控銑削加工在數控切削加工中所占的比重很大，不僅普通的二維輪廓零件需要采用二維數控銑削加工，具有三維復雜曲面的零件在粗加工、半精加工中，因其主要任務是切除工件絕大部分的加工余量，一般也采用二維數控銑削加工。
二維數控銑削加工刀具運動軌跡因加工對象不同常分為輪廓加工和型腔加工兩種形式。
1.1二維輪廓數控銑削加工二維輪廊數控銑削加工刀具運動軌跡，通常采用刀具半徑補償功能來實現。即將刀具中心由工件輪廓線向待加工零件輪廓指定的一側偏移一個刀具半徑值。對于二維銑削，無論是外輪廓或內輪廓，要安排刀具從切向進入輪廓進行加工，當輪廓加工完畢之后，要安排一段沿切線方向繼續(xù)運動的距離退刀，這樣可以避免刀具在工件上的切入點和退出點處留下接痕。例如，所示為銑削外圓采取的走刀路線，其切向進退刀采取的是直線段。而對于內輪廓的加工，如所示，其切向進退刀可采用圓弧銑削外圓刀具運動軌跡此外，在銑削加工零件輪廓時，要考慮盡量采用順銳加工方式，這樣可以提篼零件表面質量和加工精度，減少機床的“顫振”要選擇合理的進退刀位置，盡可能選在不太重要的位置。
1.2二維型腔數控銑削加工型腔是指具有封閉邊界的平底凹坑，而且可能具有一個或多個島嶼，當型腔底面為平面時即為二維型腔。型腔的加工包括型腔區(qū)域的加工與輪廓的加工，一般采用立銑刀或鍵槽銑刀進行加工。型腔的切削分兩步，**步銑內腔，第二步切輪廓。切輪廓通常分為粗加工和精加工兩步。粗加工的刀具運動軌跡是從型腔邊界輪廓向里及從島嶼輪廓向外偏置統(tǒng)刀半徑R并且留出精加工余量而形成，它是計算內腔區(qū)域加工刀具運動軌跡的依據。
切削內腔區(qū)域時，環(huán)切和行切兩種走刀路線在生產中應用*為廣泛。行切法加工刀具運動軌跡如銑削內圓刀具運動軌跡（a）所示。行切法加工刀具運動軌跡的計算比較簡單，首先根據走刀路線計算各切削行的刀具運動軌跡，然后將各行刀具運動軌跡線段有序地連接起來。刀具切削運動軌跡的長度為各行刀具運動軌跡的長度之和。行切法加工，各切削行之間的距離為行距。環(huán)切法加工一般是刀具沿型腔邊界走等距線，如（b）所示。環(huán)切法加工刀具既可以由內向外環(huán)切也可以由外向內環(huán)切。其優(yōu)點是銑刀的銑削方式不變。環(huán)切法加工刀具運動軌跡的計算，在一定意義上可以歸結為平面封閉輪廓曲線的等距線計算。對于包含有自由曲線的簡單封閉輪廓曲線及含有島嶼的封閉輪廓曲線的刀具運動軌跡計算應考慮等距線的自交與互交。各等距線的長度之和為刀具切削運動軌跡的長度。環(huán)切法加工，各等距線之間的距離為行距。
a行切法b環(huán)切法c行切+環(huán)切銑削內腔刀具運動軌跡行切法的進給路線比環(huán)切法短，但行切法將在不到所要求的表面粗植度。環(huán)切法需要逐次向外擴每兩次進給的起點與終點間留下了殘留面積，而達展輪廓線，刀位點計算復雜。從加工效率（走刀路線長短）、代碼質量等方面衡量，行切法與環(huán)切法走刀路線哪個較好要取決于型腔邊界的具體形狀與尺寸以及島嶼數量、形狀尺寸與分布情況，而且，型腔加工還可采用其他走刀路線（例如行切和環(huán)切的混合）。對于一具體型腔，采用各種不同的走刀方式，并以加工時間*短（走刀軌跡長度*短）作為評價目標進行比較，原則上可獲得較優(yōu)的走刀方案，但更具智能化的型腔加工方案優(yōu)化方法（如基于模糊式識別的方法）仍有待進一步研究。
2三坐標曲面數控銑削加工刀具運動軌跡曲面加工在模具、飛機、動力設備等眾多制造部門中具有重要地位，一直是數控加工技術的主要應用對象。曲面加工可在三坐標、四坐標或五坐標數控機床上完成，其中三坐標曲面加工應用*為普遍。
三坐標曲面加工采用球頭刀、平底立鐵刀、環(huán)形刀、鼓形刀和錐形刀，其特征是加工過程中刀具軸線方向始終不變，平行于z坐標軸。
曲面加工的走刀路線較二維銑削加工要復雜得多，有參數線法、截平面法、放射線型、環(huán)型等多種走刀路線方式，對于不同形狀的零件采用不同的走刀方式對加工效率、加工質量、編程計算復雜性和零件程序長度等有著重要影響，因此，如何根據曲面形狀、刀具形狀以及零件加工要求，合理選擇走刀路線是一個十分重要的問題，其優(yōu)化選擇的分析方法仍有待進一步的研究。在此重點介紹截平面法和回轉截面法。
2.1截平面法截平面法加工的基本思想是指用一組截平面去截取加工表面，截出一系列交線，刀具與加工表面的切觸點就沿著這些交線運動，完成曲面的加工。該方法使刀具與曲面的切觸點軌跡在同一截平面上，如所示。截平面可以定義為一組平行的平面，也可以定義為一組繞某一直線旋轉的平面，一般來說截平面平行于刀具軸線，即與z坐標軸平行。平行截面與X軸的夾角可以為任意角度。
截平面法一般采用球形刀加工曲面，一些特殊情況下可以采用環(huán)形刀或平底刀，這里只針對球形刀加工曲面進行討論。由于采用球形刀加工曲面，刀心實際是在加工表面的等距面上運動。因此，截平面法加工曲面也可以采用構造等距面的方法，使刀具沿截平面與加工表面等距面的交線運動，完成曲面的加工。則刀具運動軌跡為截平面與加工表面等距面的交線，刀具切削運動軌跡的長度為等距面上的交線的總長度。
截平面法以加工軌跡分布均、殘留高度均、加工效率高、適用性強而被廣泛采用。
截平面法銑削加工刀具運動軌跡2.2回轉截面法回轉截面法加工的基本思想是指采用一組回轉圓柱面去截取加工表面，截出一系列交線，刀具與加工表面的切觸點就沿著這些交線運動，完成曲面的加工。一般情況下，作為截面的回轉圓柱面的軸心線平行于Z坐標軸。
該方法要求首先建立一個回轉中心，接著建立一組回轉截面，并求出所有的回轉截面與待加工表面的然后對這些交線根據刀具運動方式進行串聯(lián)，形成一完整的刀具運動軌跡。其主要難點是回轉截面與加工表面的求交?；剞D截面法加工可以從中心向外擴展，也可以由邊緣向中心靠攏，如所示。
從外向中心3數控銑削加工刀具運動軌跡。
的常見的三種曲面加工三坐標曲面常見的加工方法截平面法和回轉截刀具運動軌跡，這三種刀具軌跡涵蓋了前面提到的面法。
截平面垂直于X軸（或Y軸）b*佳等高法c等篼法曲面加工的三種刀具運動軌跡（a）是采用一組垂直于X軸（或Y軸）的平面截取圓球面，截平面與圓球面的交線就是刀具運動軌跡。行距為沿X軸（或Y軸）方向為0.39.（b）是*佳等篼法，行距為沿曲面為0.39.（c）是等高法，采用一組垂直于Z軸的平面截取圓球面，截平面與圓球面的交線就是刀具運動軌跡，行距為沿Z軸方向為0的刀具運動軌跡（即截平面垂直于X軸）進行加工，測得切削力*小，在一次數據采集中切削力波動較小，在整個加工過程中切削力波動*小。加工后的表面質量為平行于YOZ平面的一組條紋，表面質量不好。
采用（b）所示的刀具運動軌跡（*佳等高法）行加工，測得切削力*大，在一次數據采集中切削力波動較大，在整個加工過程中切削力波動較小。加工后表面質量不好，有放射狀的條紋。
采用（c）所示的刀具運動軌跡（等高法）進行加工，測得切削力較大，在一次數據采集中切削力波動較大，在整個加工過程中切削力波動*大。加工后表面質量在中心*高處不好，此種刀具運動軌跡加工后得到的表面質量*差。
綜上分析，以切削力波動和表面粗糖度為目標，對數控銑削刀具運動軌跡進行多目標優(yōu)選的結果是：優(yōu)選是采用截平面垂直于X軸（或Y軸）的截平面法，其次是*佳等篼法，*不可取的是等篼法。
4結束語本文在介紹數控銑削加工刀具運動軌跡的基礎上，針對圓球面的銑削加工進行了實驗，以切削力波動小，表面質量精度高為優(yōu)化目標對數控銑削加工幾種刀具運動軌跡進行了比較。對于其它針對圓球面銑削加工的走刀路線的實驗研究，由于設備所限，不能一一進行。對于更復雜的曲面加工的走刀路線的研究有待進一步探索。
來源：中國刀具網
