基于單調鏈的平面型腔行切刀具軌跡規劃方法驗證

摘要：基于單調鏈技術的型腔行切刀具軌跡的規劃方法，特點在于用單調鏈的數目來抽象描述內外輪廓的多邊形幾何形狀的復雜性，從而建立起抬刀次數與行切行距、內外輪廓多邊形的幾何形狀，內外輪廓多邊形的數目之間的具體關系式，并在此基礎上，采用相應的算法規定，最大程度地減少了抬刀動作的次數。

關鍵詞：數控加工；刀具軌跡；單調鏈；抬刀次數；行切行距；內外輪廓

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）31-0018-03

本文將對基于單調鏈的平面型腔行切刀具軌跡生成算法進行實驗，并通過實驗對該種刀具軌跡規劃算法生成的刀具軌跡與平面區域加工方法生成的刀具軌跡進行比較分析。

1 實驗對象

實驗中取一遠紅外線成像儀的蓋子作為實驗對象。其實驗模型如圖1所示。

2 刀具軌跡計算

在充分理解算法的基礎上，以Matlab為工具，以紅外線成像儀上蓋為加工對象，算出該平面型腔的加工軌跡。

3 實驗過程

3.1 實驗條件

實驗設備：采用XkN714立式數控床身銑床（見圖2），主要參數見表1：

3.2 NC程序編制

利用程序計算出刀具軌跡點后，將這些單獨的點轉化為刀具軌跡線。圖3為平面區域加工方法生成的型腔行切軌跡，圖4為基于單調鏈概念的平面型腔行切軌跡。從圖中可看出平面區域加工方法生成的型腔行切軌跡產生了3次抬刀動作，而基于單調鏈概念的型腔行切軌跡在整個加工過程中沒有產生抬刀動作。

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 加工過程

NC加工程序生成以后，對實驗對象進行加工，加工過程中兩種加工方法均采用同樣的加工參數，如表2所示：

基于單調鏈的平面型腔行切刀具軌跡規劃方法加工后的零件如圖5所示：

4 實驗結果比較及分析

4.1 軌跡總長度的比較

無論采用何種方法加工型腔，其軌跡線的總長度都是很重要的評價指標。生成了軌跡線之后，其長度很容易計算得出，表3是基于單調鏈概念的平面型腔加工軌跡與平面區域加工方法生成的刀具軌跡長度的對比表：

從表3中可以看出本文提出的基于單調鏈的平面型腔行切刀具軌跡規劃方法生成的刀具軌跡比平面區域加工方法生成的刀具軌跡要短6.6%，在加工參數一定的條件下，刀具軌跡線越短則所用的加工時間越短，加工效率就越高。

4.2 軌跡連續性的比較

加工效率還與各軌跡的連續性有很大的關系。也就是說在加工過程中，抬刀次數越少軌跡越連續，加工所需時間就越少，效率也就越高。反之，加工過程中多次抬刀使加工效率降低的同時也會使加工零件的質量因為系統的誤差而降低。抬刀次數的增加對高速加工的影響最大，每次切削開始或結束時都需要加減速，而且對刀具和機床沖擊都很大，影響刀具壽命和機床的精度。因此說加工過程中的抬刀次數越少越好。從圖3和圖4中可以看出兩種軌跡規劃方法分別所需的抬刀次數。表4就是這兩種方法加工中的抬刀次數對比表：

從表4可看出基于單調鏈概念的刀具軌跡規劃方法生成的刀具軌跡抬刀次數小于平面區域刀具軌跡規劃方法生成刀具軌跡的抬刀次數。但在這個實驗里效果不是很明顯，這是由于實驗的對象（遠紅外線成像儀上蓋）型腔比較簡單所致。如果把基于單調鏈概念的型腔行切刀具軌跡規劃方法用于型腔比較復雜的零件，其效果將更明顯。

5 結語

本文給出了基于單調鏈的型腔行切刀具軌跡規劃方法NC加工程序的實現、整個實驗的條件及過程；對基于單調鏈的型腔行切刀具軌跡規劃方法與平面區域刀具軌跡規劃方法在加工中的軌跡線長度和抬刀次進行了比較。

從實驗結果的比較及分析可知，基于單調鏈的平面型腔行切軌跡規劃方法生成的刀具軌跡長度比平面區域加工方法生成的刀具軌跡長度要短6.6%，并使加工過程中抬刀次數減少，軌跡連續性變好，從而可提高加工效率及表面質量。

參考文獻

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作者簡介：楊春花（1980-），女，云南昆明人，云南機電職業技術學院機械工程系教師，講師，工學碩士，研究方向：機械自

動化。

（責任編輯：王書柏）