航空制造數(shù)控加工刀軌優(yōu)化算法探討論文

　　摘要：提出一種刀軌優(yōu)化算法，通過對航空機械制造中復(fù)雜工件的刀軌點位進行優(yōu)化，從而使刀具下刀位置更加準(zhǔn)確，走刀速度更快，以期達到提高航空機械工件加工質(zhì)量的目的。

　　關(guān)鍵詞：航空制造；數(shù)控；刀軌算法

　　在現(xiàn)代大型航空制造中，航空制造的工件具有體積大、制造難度高、制造工藝復(fù)雜、技術(shù)含量高等特點。飛機的大部分工件具有強度高、質(zhì)量小、工件壁薄、容易變形、加工難度大等特性。隨著數(shù)控機床在現(xiàn)代制造業(yè)中的普及，目前大部分的工件都是在數(shù)控機床上進行加工制造。數(shù)控加工，基于工件特征的數(shù)控加工工藝已非常流行和普及，機械工件的加工特征主要包括工件加工過程中與加工工序工藝密切相關(guān)的所有信息的集合，其中就包括加工工藝的規(guī)劃和刀具軌跡的信息。比較重要的特征是孔加工直徑、圓心位置、中心軸的方向及加工切削深度等。基于特征的數(shù)控加工在現(xiàn)代CAD機械加工設(shè)計中是較為重要的信息。如何對航空制造中飛機零部件進行精細(xì)數(shù)控加工，是航空制造工程師面對的較為關(guān)鍵的技術(shù)難題，而利用零部件的特征信息對數(shù)控加工進行設(shè)計是一個較為可行的辦法。在數(shù)控加工中，刀軌的算法設(shè)計對整個機械工件的加工至關(guān)重要，直接決定了工件的加工質(zhì)量和誤差。本文設(shè)計一種刀軌優(yōu)化算法，對于復(fù)雜工件加工，采用插補算法增加額外的刀軌，使刀具下刀位置更加準(zhǔn)確，走刀速度更快，進而使得機械工件加工質(zhì)量大大提高。

　　1傳統(tǒng)刀軌設(shè)計

　　在航空機械工件加工過程中，刀具的選擇直接決定了數(shù)控加工的速度和加工效率[1]。如果選擇直徑大的刀具，可以以較快的速度切削更多[2]，由于飛機零部件的幾何形狀大多不規(guī)則，這樣會留下更多的加工殘余料。為了保證不產(chǎn)生或少產(chǎn)生加工殘余，就必須選擇合適的刀具，同時不能選取直徑太大的刀具，這樣切削量變小，使得加工軌跡變長，則加工速度大打折扣。為了綜合解決這兩個問題，可以選取多個刀具進行多次加工操作，先選取大直徑刀具加工，可以快速切削加工工料，再根據(jù)需要把刀具直徑從大到小依次加工，這樣就可以快速、高質(zhì)加工工料。目前傳統(tǒng)的機械加工一般是先用較大直徑的刀具在短時間內(nèi)切削大部分的工料[3]，粗加工完成后再用直徑小的刀具切削殘留的工料達到精加工的目的，完成工件的數(shù)控加工制造。

　　2刀軌算法優(yōu)化設(shè)計

　　刀具走刀軌跡路徑，是指刀具加工工件時切削方向的連線。在本文數(shù)控加工刀軌優(yōu)化算法設(shè)計時，首先要確定加工區(qū)域的邊界，完整的加工區(qū)域邊界確定后，還需要確定大直徑刀具切削完剩余的殘留區(qū)域，通過殘留區(qū)域邊界的計算，方便設(shè)計小直徑刀具的刀軌優(yōu)化方案，通過逐步計算刀軌是否在切削殘留區(qū)域邊界內(nèi)，判斷刀軌的合理性，然后把不合理的無效刀軌刪除，計算下一步刀軌的切削方向。刀具在機械工件加工中的位置信息可以用刀具中心點和刀軸矢量進行表示，刀具中心點可以為刀心點或者刀尖點，刀位點數(shù)據(jù)可以確定刀具在機械工件加工過程中任一位置點的全部所需數(shù)據(jù)。在有效的加工區(qū)域內(nèi)確保刀位所處線段的平行線分布均勻，在保證殘留高度的情況下，以最大距離來平均分平行線段，得到均分點，這個均分點就是刀位點，然后檢查是否為有效的刀位點，如果不是有效刀位點，說明刀具在該點不能切削到殘留區(qū)域，是無效刀位點，刪除該刀位點。刀位軌跡線是機械加工中由所有刀位點所組成的曲線，每一點包含一個刀軸矢量。刀具的軌跡線可以通過切觸點曲線定義刀具偏置并計算出來，然后存儲在刀位文件中。在不規(guī)則的工件加工中，很多時候由于刀軸方向不是平行的，刀位點在加工區(qū)域內(nèi)也不能保證所有中心軌跡都在已加工區(qū)域內(nèi)，所以還必須添加額外的刀軌來保證所有的中心軌跡在刀具切削過程中，都在已加工區(qū)域內(nèi)部，根據(jù)插補方法的不同，一般用起始下刀點處插補、中間過程中插補、倒角處插補三種方法來進行。經(jīng)過優(yōu)化算法實際加工檢驗，證明該算法性能比較穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，而且能夠大幅地降低數(shù)控機床的震動噪聲，大幅地提高了機械工件加工的質(zhì)量和效率。

　　3結(jié)語

　　本文針對航空機械工件比較復(fù)雜的問題，根據(jù)航空工件的不同平面、斜面和圓弧面特點，設(shè)計了數(shù)控機床的刀軌優(yōu)化算法，加入了特定的走刀軌跡算法，可以一次處理完多種曲面混合加工場景，很好地解決了彈刀現(xiàn)象，而且大幅提高了加工效率和加工質(zhì)量。

　　參考文獻:

　　[1]宮虎.數(shù)控側(cè)銑加工非可展直紋面的刀位整體優(yōu)化原理與方法[J].機械工程學(xué)報,2005(11):14-15.

　　[2]李艷聰.基于特征的CAD/CAPP/CAM集成方法的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代機械,2002(4):21-22.

　　[3]孫全平.一種高速銑削刀軌優(yōu)化算法的研究與實現(xiàn)[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報,2003(1):18-19.

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