一種UG的數(shù)控加工刀具軌跡的優(yōu)化探討

寧家喜

摘 要：數(shù)控加工以其強(qiáng)大的優(yōu)勢越來越受到企業(yè)的關(guān)注，并成為制造企業(yè)贏得市場競爭的決定因素之一。然而，大部分制造企業(yè)數(shù)控加工效率低下，數(shù)控制造能力不足。文章基于UG軟件為平臺，對平面型腔數(shù)控加工進(jìn)行了分析研究，并對其進(jìn)行了數(shù)控加工程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(qiáng)企業(yè)的綜合競爭力具有一定意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控程序；曲面銑削；優(yōu)化設(shè)計(jì)；刀具軌跡

數(shù)控機(jī)床在車間的應(yīng)用，不僅縮短了產(chǎn)品制造的周期，還提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率和加工的質(zhì)量，UG是目前CAD等軟件中最先進(jìn)的高端軟件，為加工的自動化和數(shù)控編碼提供了一個優(yōu)秀的平臺。在UG軟件中，CAM的加工參數(shù)設(shè)置是一個比較復(fù)雜的步驟，包括了加工路線的設(shè)定，生成刀具的加工軌跡，輸出NC代碼等。在這些內(nèi)容中，生成刀具加工軌跡是十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。在平面型銑削中占有很大的比例，在數(shù)控加工過程中經(jīng)常會遇到兩種問題。第一種是側(cè)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(shù)，致使粗加工量降低，會導(dǎo)致精加工量增加，從而增加生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)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(bǔ)償，致使尖角加工運(yùn)行軌跡增加，同樣延長了加工時間，降低了生產(chǎn)效率。因此使用刀具軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對數(shù)控加工過程中遇到的這種問題進(jìn)行處理，對于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

一、刀具半徑大于曲率半徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在使用UG軟件對工件加工之前，首先需要確定刀具運(yùn)動軌跡。在數(shù)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(dǎo)致直線和圓弧沒有交點(diǎn)，得到的是一個曲線，進(jìn)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(jìn)行加工。第二種忽略圓弧，進(jìn)行粗加工。然后在更換小的刀具對圓弧進(jìn)行加工。第三種設(shè)置分割數(shù)，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(jìn)行位移補(bǔ)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(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)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(fā)現(xiàn)很難確定分割次數(shù)，如果分割次數(shù)過大，就會過切，如果分割次數(shù)過小，優(yōu)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(dá)到理想的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。

設(shè)加工型腔圓弧為r，刀具半徑為R，滿足r

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

（1）到起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置（圖 5）。

（2） 起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置為圓心，R為半徑（圖6）。

（3）零件輪廓其余的曲線移位補(bǔ)償（圖7）。

（4）兩個圓弧和補(bǔ)償曲線相交得到的曲線就是優(yōu)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(jié)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(chǎn)效率。

二、刀具拐角尖角優(yōu)化

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

R為刀具半徑，α為尖角角度，優(yōu)化前運(yùn)動軌跡為2L.因?yàn)楣战菫殇J角，由公式2L=2×[R/tg（α/2）]可知，角度越小，運(yùn)動軌跡越長，為了提高生產(chǎn)效率，需要對其進(jìn)行優(yōu)化，通過繪圖，發(fā)現(xiàn)如果以拐角為圓心，R為圓弧，在非工件進(jìn)行加工的時候就不會出現(xiàn)過切的現(xiàn)象。而且還可以減少道心運(yùn)動軌跡空運(yùn)行。刀具半徑大于曲率半徑優(yōu)化步驟如下（圖9）。

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

（2）找到尖點(diǎn)A。

（3）A為圓心，R為半徑（圖11）。

（4）零件輪廓曲線向外刀具補(bǔ)償（圖 12）。

（5）補(bǔ)償曲線和圓弧相交得到的曲線就是優(yōu)化后的刀具原因運(yùn)動軌跡（圖13）。

（6）檢測刀具運(yùn)動軌跡是否完成，如果沒有，回到第一步。

（7）結(jié)束。

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

分析優(yōu)化前和優(yōu)化后2L和α的關(guān)系，從下表可以看出，當(dāng)角度為銳角的時候，角度越小，運(yùn)動軌跡速度越快，優(yōu)化也取得了很好的效果，所以角度越小的時候，優(yōu)化效果越好。

總結(jié)：從以上的分析結(jié)果可以看出，在這中優(yōu)化方法中，殘余量明顯減少，而且縮短了總加工的實(shí)踐，提高了生產(chǎn)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(chǎn)帶來整體效益。

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（作者單位：廣西玉林高級技工學(xué)校）