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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald100业技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.04.100基于等残留高度法的曲面刀路规划及加工①谢凡(江西制造职业技术学院 江西南昌 330095)摘 要：本文在等残留高度刀具路径规划方法的基础上，为解决同一曲面加工后表面质量差异大的问题,将曲面作为两个区域进行加工，并将其划分为陡峭区域和平坦区域本文通过在不同区域。
加工过程中使其自动更换行距(即陡峭区域的行距稍大，平坦区域的行距小)，使同一曲面加工后表面质量达到一致。
关键词：等残留高度法 曲面加工 表面粗糙度中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)02(a)-100-02①作者简介：谢凡（1992—），女，汉族，江西南昌人，硕士，讲师，研究方向：机械设计及理论。
数控加工较传统加工而言，其加工表面质量较好且加工效率高。
在数控加工中,为获得较好的加工效果一般采用较高的转速进行加工，所以对机床的主轴转速要求较高，且在切削刀具、刀具轨迹规划和加工数据处理等方面也提出较高要求。
实际研究表明，铣削加工中，影响零件表面质量的主要因素还有加工过程中产生的振动。
1 曲面刀具路径规划本文选用的研究对象与碗形曲面类似，不同的是碗形曲面的底部为水平面，而本文采用的曲面是完整的一段圆弧。
在加工过程中，当进行曲面底部切削的时候，其切削速度为零且刀具处于零点切削，导致加工出的工件表面质量差以及曲面上下表面粗糙度不一致的现象。
为解决这一现象(即加工后曲面陡峭区域与底部平坦区域表面粗糙度不一致)，本文提出一种新的刀具路径。
在加工过程中，为使曲面上下表面质量达到一致，本文通过同一曲面划分区域后采用不同走刀步距的方法来提高工件的表面质量，使得曲面的表面质量达到一致。
1.1 定义和划分曲面区域分区加工的优点在于，陡峭区域加工的切削三要素不必取过高就可以获得较高的表面质量，降低功耗、提高效率、节省成本。
基于等残留高度法的曲面刀路规划及加工作者：谢凡来源：《科技创新导报》2018年第04期摘要：本文在等残留高度刀具路径规划方法的基础上，为解决同一曲面加工后表面质量差异大的问题，将曲面作为两个区域进行加工，并将其划分为陡峭区域和平坦区域本文通过在不同区域。
加工过程中使其自动更换行距（即陡峭区域的行距稍大，平坦区域的行距小），使同一曲面加工后表面质量达到一致。
关键词：等残留高度法曲面加工表面粗糙度中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-100-02数控加工较传统加工而言，其加工表面质量较好且加工效率高。
在数控加工中，为获得较好的加工效果一般采用较高的转速进行加工，所以对机床的主轴转速要求较高，且在切削刀具、刀具轨迹规划和加工数据处理等方面也提出较高要求。
实际研究表明，铣削加工中，影响零件表面质量的主要因素还有加工过程中产生的振动。
1 曲面刀具路径规划本文选用的研究对象与碗形曲面类似，不同的是碗形曲面的底部为水平面，而本文采用的曲面是完整的一段圆弧。
在加工过程中，当进行曲面底部切削的时候，其切削速度为零且刀具处于零点切削，导致加工出的工件表面质量差以及曲面上下表面粗糙度不一致的现象。
为解决这一现象（即加工后曲面陡峭区域与底部平坦区域表面粗糙度不一致），本文提出一种新的刀具路径。
在加工过程中，为使曲面上下表面质量达到一致，本文通过同一曲面划分区域后采用不同走刀步距的方法来提高工件的表面质量，使得曲面的表面质量达到一致。
1.1 定义和划分曲面区域分区加工的优点在于，陡峭区域加工的切削三要素不必取过高就可以获得较高的表面质量，降低功耗、提高效率、节省成本。
而在平坦区域，适当提高切削三要素，以提高球刀在切削时的线速度，从而提高表面质量。
本文针对这一问题，对这一曲面的加工刀具路径重新进行规划。
将曲面分为两个区域进行加工（即：陡峭区域和平坦区域）。
如图1所示，在一个三维空间A中，设水平坐标轴为X、Y，垂直坐标为Z，图中均匀对称的凹形曲面构成陡峭区域B，X、Y构成近似水平面称之为平坦区域C，陡峭区域底部与平坦区域C相切，若B，C区域上每一点的坐标可由表达式求出，那么对B区域上的一些点必定有（表达式对X，Y求偏导不为0），而C区域上的所有点为0。
面向高速加工的等残余螺旋轨迹生成方法随着现代制造业的发展，高速加工技术在制造领域中的应用越来越广泛。
在高速加工过程中，等残余螺旋轨迹是一种常用的刀具路径生成方法。
本文将重点介绍面向高速加工的等残余螺旋轨迹生成方法。
一、等残余螺旋轨迹的定义等残余螺旋轨迹是一种基于曲面形状，利用等面积移动刀具的方式生成的路径。
具体来说，等残余螺旋轨迹是在曲面上按照螺旋线的方式运动，直到切削过程的残余量达到预定值时，停下来进行下一次切削。
二、等残余螺旋轨迹的特点1. 刀具负载均衡：等残余螺旋轨迹可以保证刀具在切削过程中受力均衡，降低了刀具的磨损和断裂率。
2. 加工效率高：等残余螺旋轨迹比传统的路径生成方法更加高效，可以减少切削次数，提高加工效率和精度。
3. 适用性广：等残余螺旋轨迹可以应用于曲面、平面和轮廓等不同类型的工件上，具有广泛的适用性。
三、等残余螺旋轨迹生成方法等残余螺旋轨迹的生成方法主要分为数学方法和计算机辅助设计（CAD）方法两种。
1. 数学方法数学方法主要利用数学公式计算生成等残余螺旋轨迹。
其中，最常用的方法是采用球面坐标系计算刀具的轨迹。
公式为：x=R*cos(ω*t)*cos(φ)+Ox、y=R*cos(ω*t)*sin(φ)+Oy、Z=R*sin(ω*t)+Oz其中，R为半径、ω为螺旋角速度、φ为螺旋线的扭曲角度、t为时间、Ox、Oy和Oz为坐标系原点。
通过调整不同的参数值，可以生成不同类型的等残余螺旋轨迹。
2. CAD方法CAD方法则利用计算机辅助设计软件进行路径生成。
常用的CAD软件包括SolidWorks、Catia、Pro/Engineer等。
在CAD设计中，首先需要确定初始切削点和工件曲面，并将其导入到CAD软件中。
然后，通过调整切削深度、螺旋角速度、扭曲角度等参数值，生成相应的等残余螺旋轨迹。
最后，将路径导出，并转换为CNC程序，即可在工具机上进行加工。
四、等残余螺旋轨迹生成的注意事项1. 工件曲面的均匀性对路径生成有重要影响，因此需要对工件曲面进行充分的检测和处理。
装参数、行程参数是否正确。
6结束语所建立的磁芯模CAD 系统,已投入使用,系统可靠、实用性强,能明显地缩短产品的开发周期并提高模具的设计质量。
软件设计及开发方法虽以磁芯模为研究对象,但不乏普遍性,有一定的推广价值。
参考文献:[1]陈炎嗣,郭景仪.冲压模具设计与制造技术[M ].北京:北京出版社,1991.[2]许社教.计算机绘图[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1998.[3]郭平平,梁帆.AutoLIS P ＆DC L 从入门到精通[M ].北京:科学出版社,2001.1引言数控加工广泛应用于自由曲面的加工,是CAD /CAM 的重要组成部分,而刀具轨迹的生成则是数控加工的关键环节。
刀具轨迹的生成算法直接影响到加工质量和效率。
关于数控加工刀具轨迹的生成主要有参数线法、截平面法、投影法、等残留高度法等[1]。
针对工件各自的特点,可以用1种或几种不同方法的组合来完成数控加工的粗加工和精加工。
粗加工的主要目的是快速切削毛坯,通常粗加工中去除的材料体积是精加工的5～10倍,并且粗加工占用了大部分的机加工工时,故提高粗加工的效率对于提高整个数控加工过程的效率具有重要意义。
随着机床制造技术的发展和各种优质加工刀具的出现,在数控加工中出现了1种高效的粗加工方法,即钻削式粗加工(plunge ),一般也叫插刀加工(以下均称之为插刀加工)。
它是将铣刀像钻头一样沿曲面向下钻削式加工,这种钻削式加工方法对机床和刀具都有较高的要求,通常能提供这种加工方式的CNC 机床都有很好的稳定性及整体刚性,所使用的刀具要求有很高的硬度、很好的韧性和耐磨性。
该加工方法已经成功应用到实际数控加工中,有支持这种加工方法的CNC 机床。
实践证明,插刀加工方法的最大优势就是其加工效率比普通曲面粗加工高出几倍。
——————————————————————作者简介:巫新海(1975-),男,四川成都人,在读硕士,主要从事CAD /CA M 及图像处理方面的研究,地址:浙江大学机械学院现代制造工程研究所。
等残留高度法中的刀具初始轨迹优化闵莉;毛敏【摘要】刀具运动轨迹是数控加工技术的核心部分,它会对数控加工的加工质量和加工效率产生极大影响.等残留高度法是近年来被提出的一种非常高效的刀具轨迹规划方法.传统等残留高度法中,一般选择曲面最长边界作为刀具轨述的初始轨迹.选择马鞍曲面上沿最大凸曲率方向的曲线作为初始轨迹,结合传统的等残留高度算法,生成覆盖整个加工曲面的刀具轨迹.对比新刀轨算法和传统等残留高度法,实验结果表明,采用新算法生成的刀具轨迹可以有效地提高加工效率.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P26-29)【关键词】数控加工;轨迹规划;马鞍曲面;等残留高度法;最大凸曲率【作者】闵莉;毛敏【作者单位】沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TH16;TG506刀具运动轨迹是数控加工编程技术的重要组成部分。
等残留高度法是由文献[1]提出的一种优秀的刀具轨迹规划方法。
控制相邻两条刀具轨迹间的行距，达到使加工完成后表面上两刀轨间残留高度基本不变的目的，将此算法称为传统算法。
针对等残留高度法，国内外学者进行了深入研究。
文献[2]自主开发了一种用于自由曲面等残留高度轨迹规划的数学模型，使刀具轨迹的计算更加简单。
文献[3]发现在自由曲面加工中，刀具轨迹沿一些特定的方向时，加工时间会比刀轨沿其它方向时更短。
文献[4]发现曲面分割中的一种耦合效应，它会减少曲面分割的误差并提高曲面分割的计算效率。
文献[5]提出在数控编程中用连续的内插点曲线来代替离散的不连续的刀轨曲线。
文献[6]提出把加工曲面划分为不同区域，各个加工区域内刀具轨迹的行距将会自适应于各加工区域的曲面特性。
文献[7]提出一种算法能判断曲面的局部形态并求得加工刀具倾角。
文献[8]发现，当刀具沿切削路径运动时，刀刃与曲面法向距离等于加工精度的点形成了过渡路径。
