一種UG的數控加工刀具軌跡的優化探討

寧家喜

摘 要：數控加工以其強大的優勢越來越受到企業的關注，并成為制造企業贏得市場競爭的決定因素之一。然而，大部分制造企業數控加工效率低下，數控制造能力不足。文章基于UG軟件為平臺，對平面型腔數控加工進行了分析研究，并對其進行了數控加工程序的優化設計，從而縮短了加工時間，提高了加工效率，降低加工成本，對增強企業的綜合競爭力具有一定意義。

關鍵詞：數控程序；曲面銑削；優化設計；刀具軌跡

數控機床在車間的應用，不僅縮短了產品制造的周期，還提高了產品的生產率和加工的質量，UG是目前CAD等軟件中最先進的高端軟件，為加工的自動化和數控編碼提供了一個優秀的平臺。在UG軟件中，CAM的加工參數設置是一個比較復雜的步驟，包括了加工路線的設定，生成刀具的加工軌跡，輸出NC代碼等。在這些內容中，生成刀具加工軌跡是十分關鍵的一個環節。在平面型銑削中占有很大的比例，在數控加工過程中經常會遇到兩種問題。第一種是側面形狀的刀具的圓弧大于曲率半徑。第二種情況是拐角為銳角的加工。若果遇到第一種情況，為了防止誤切，UG軟件一般會保守參數，致使粗加工量降低，會導致精加工量增加，從而增加生產時間，降低生產效率。如果遇到第二種情況，UG軟件一般會對工件輪廓曲線基于刀具半徑移位補償，致使尖角加工運行軌跡增加，同樣延長了加工時間，降低了生產效率。因此使用刀具軌跡優化設計方法對數控加工過程中遇到的這種問題進行處理，對于提高企業的經濟效益具有重要的意義。

一、刀具半徑大于曲率半徑的優化設計

在使用UG軟件對工件加工之前，首先需要確定刀具運動軌跡。在數控加工，刀具中心的軌跡就是相對加工輪廓表面向外移動一個刀具半徑。但是如果刀具半徑大于曲率半徑，再向外移動一個刀具半徑，就會導致直線和圓弧沒有交點，得到的是一個曲線，進而無法生成加工軌跡。解決這個問題的方法有三種，第一種更換小的刀具進行加工。第二種忽略圓弧，進行粗加工。然后在更換小的刀具對圓弧進行加工。第三種設置分割數，將小于刀具半徑的圓弧向外移動R/N.得到虛擬的輪廓（圖1）。在對虛擬的輪廓進行位移補償，也就是刀具中心軌跡（圖2）。

第一種方法會直接增加加工的總時間，在車間加工的時候不建議采用。第二種方法雖然相對第二種方法要好，但是總加工時間差不多。第三種方法對其進行了設計優化，縮短了加工的時間，同時為下次小刀具加工留下了更少的殘余（圖3）。

但是在使用這種方法的時候，我們會發現很難確定分割次數，如果分割次數過大，就會過切，如果分割次數過小，優化程度就不太高，粗加工的殘余量就會過多，所以這三種方法都不能達到理想的優化設計效果。

設加工型腔圓弧為r，刀具半徑為R，滿足r

R的起點位置和終點位置。所以在加工的過程中這兩個點不過切就行、以工件輪廓圓弧r

（1）到起點位置和終點位置（圖 5）。

（2） 起點位置和終點位置為圓心，R為半徑（圖6）。

（3）零件輪廓其余的曲線移位補償（圖7）。

（4）兩個圓弧和補償曲線相交得到的曲線就是優化過后的刀具中心軌跡（圖 8）。

（5） 檢測加工刀具是否查找完成，如果沒有，返回第一步。

（6） 結束。

使用這種方法不僅比上述三種方法的殘余量都少，而且還縮短了加工周期，提高了生產效率。

二、刀具拐角尖角優化

在拐角為銳角時，為了保證加工的質量和刀路的平穩性，一般在對此類情況加工時，運動軌跡一般都比實際輪廓長度多（圖10）。

R為刀具半徑，α為尖角角度，優化前運動軌跡為2L.因為拐角為銳角，由公式2L=2×[R/tg（α/2）]可知，角度越小，運動軌跡越長，為了提高生產效率，需要對其進行優化，通過繪圖，發現如果以拐角為圓心，R為圓弧，在非工件進行加工的時候就不會出現過切的現象。而且還可以減少道心運動軌跡空運行。刀具半徑大于曲率半徑優化步驟如下（圖9）。

（1）檢查角度α，當為銳角是，找到尖角頂點A，否則，直接進行步驟4（圖 10 ）。

（2）找到尖點A。

（3）A為圓心，R為半徑（圖11）。

（4）零件輪廓曲線向外刀具補償（圖 12）。

（5）補償曲線和圓弧相交得到的曲線就是優化后的刀具原因運動軌跡（圖13）。

（6）檢測刀具運動軌跡是否完成，如果沒有，回到第一步。

（7）結束。

通過圖10 可以看出，優化前運動軌跡長度為2L=2×[R/tg（α/2）]，優化后運動軌跡長為l=2πR×[180°- α/360°]。

分析優化前和優化后2L和α的關系，從下表可以看出，當角度為銳角的時候，角度越小，運動軌跡速度越快，優化也取得了很好的效果，所以角度越小的時候，優化效果越好。

總結：從以上的分析結果可以看出，在這中優化方法中，殘余量明顯減少，而且縮短了總加工的實踐，提高了生產效率。所以在遇到上述問題的時候，可以使用這種加工方法，提高工作的效率，為共產帶來整體效益。

參考文獻：

[1]吳 哲，楊春梅，吳全會，等.數控曲線封邊機的基座設計及有限元分析[J].木材加工機械，2014 （03）：1—4.

[2]方 沂，李鳳泉，賀瓊義，等.高速切削最佳工藝參數的選擇[J].天津工業大學學報，2006，25（06）： 58—60.

[3]張春飛，張 宇，李忠科，等.基于田口法的高速切削參數優化研究與應用[J].現代制造工程，2006（08）：78—80.

（作者單位：廣西玉林高級技工學校）