航空制造數控加工刀軌優(yōu)化算法探討論文
摘要：提出一種刀軌優(yōu)化算法，通過(guò)對航空機械制造中復雜工件的刀軌點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，從而使刀具下刀位置更加準確，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；數控；刀軌算法
在現代大型航空制造中，航空制造的工件具有體積大、制造難度高、制造工藝復雜、技術(shù)含量高等特點(diǎn)。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(zhù)數控機床在現代制造業(yè)中的普及，目前大部分的工件都是在數控機床上進(jìn)行加工制造。數控加工，基于工件特征的數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(guò)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�；谔卣鞯臄悼丶庸ぴ诂F代CAD機械加工設計中是較為重要的信息。如何對航空制造中飛機零部件進(jìn)行精細數控加工，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控加工進(jìn)行設計是一個(gè)較為可行的辦法。在數控加工中，刀軌的算法設計對整個(gè)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。本文設計一種刀軌優(yōu)化算法，對于復雜工件加工，采用插補算法增加額外的刀軌，使刀具下刀位置更加準確，走刀速度更快，進(jìn)而使得機械工件加工質(zhì)量大大提高。
1傳統刀軌設計
在航空機械工件加工過(guò)程中，刀具的選擇直接決定了數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則，這樣會(huì )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(shí)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(cháng)，則加工速度大打折扣。為了綜合解決這兩個(gè)問(wèn)題，可以選取多個(gè)刀具進(jìn)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。目前傳統的機械加工一般是先用較大直徑的刀具在短時(shí)間內切削大部分的工料[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，完成工件的數控加工制造。
2刀軌算法優(yōu)化設計
刀具走刀軌跡路徑，是指刀具加工工件時(shí)切削方向的連線(xiàn)。在本文數控加工刀軌優(yōu)化算法設計時(shí)，首先要確定加工區域的邊界，完整的加工區域邊界確定后，還需要確定大直徑刀具切削完剩余的殘留區域，通過(guò)殘留區域邊界的計算，方便設計小直徑刀具的刀軌優(yōu)化方案，通過(guò)逐步計算刀軌是否在切削殘留區域邊界內，判斷刀軌的合理性，然后把不合理的無(wú)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(diǎn)和刀軸矢量進(jìn)行表示，刀具中心點(diǎn)可以為刀心點(diǎn)或者刀尖點(diǎn)，刀位點(diǎn)數據可以確定刀具在機械工件加工過(guò)程中任一位置點(diǎn)的全部所需數據。在有效的加工區域內確保刀位所處線(xiàn)段的平行線(xiàn)分布均勻，在保證殘留高度的情況下，以最大距離來(lái)平均分平行線(xiàn)段，得到均分點(diǎn)，這個(gè)均分點(diǎn)就是刀位點(diǎn)，然后檢查是否為有效的刀位點(diǎn)，如果不是有效刀位點(diǎn)，說(shuō)明刀具在該點(diǎn)不能切削到殘留區域，是無(wú)效刀位點(diǎn)，刪除該刀位點(diǎn)。刀位軌跡線(xiàn)是機械加工中由所有刀位點(diǎn)所組成的曲線(xiàn)，每一點(diǎn)包含一個(gè)刀軸矢量。刀具的軌跡線(xiàn)可以通過(guò)切觸點(diǎn)曲線(xiàn)定義刀具偏置并計算出來(lái)，然后存儲在刀位文件中。在不規則的工件加工中，很多時(shí)候由于刀軸方向不是平行的，刀位點(diǎn)在加工區域內也不能保證所有中心軌跡都在已加工區域內，所以還必須添加額外的刀軌來(lái)保證所有的中心軌跡在刀具切削過(guò)程中，都在已加工區域內部，根據插補方法的不同，一般用起始下刀點(diǎn)處插補、中間過(guò)程中插補、倒角處插補三種方法來(lái)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)優(yōu)化算法實(shí)際加工檢驗，證明該算法性能比較穩定，響應速度快，而且能夠大幅地降低數控機床的震動(dòng)噪聲，大幅地提高了機械工件加工的質(zhì)量和效率。
3結語(yǔ)
本文針對航空機械工件比較復雜的問(wèn)題，根據航空工件的不同平面、斜面和圓弧面特點(diǎn)，設計了數控機床的刀軌優(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(chǎng)景，很好地解決了彈刀現象，而且大幅提高了加工效率和加工質(zhì)量。
參考文獻:
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