數(shù)控金屬加工銑床的刀具半徑補(bǔ)償應(yīng)用研究

孟 銳

（四川航天川南火工技術(shù)有限公司，四川 瀘州 646000）

在加工數(shù)控銑床的過程中，金屬加工銑床的刀具一般看作一個隨時可以移動的點(diǎn)[1]。為了控制好金屬加工銑床刀具的移動位置，就必須讓銑刀具有一個定值的半徑。所謂銑床刀具的半徑補(bǔ)償也就是數(shù)控金屬加工銑床刀具中心的軌跡，要想讓簡化操作工程，操作工人總是按零件輪廓編制加工程序[2]。同時在加工的過程中還需要的數(shù)控金屬零件的實(shí)物輪廓，來保障在進(jìn)行內(nèi)輪廓加工時，向零件的內(nèi)側(cè)偏移的刀具有一個準(zhǔn)確的刀具半徑值。在進(jìn)行外輪廓加工的過程中，金屬加工銑床刀具也要向零件的外側(cè)偏移一個，從而得到一個準(zhǔn)確的外側(cè)刀具半徑值，來確保工件加工的合格性。如果在數(shù)控銑床加工的過程中，銑床刀具輪廓上加上或減去銑刀的半徑值，就會導(dǎo)致極大的增加操作工人的作業(yè)強(qiáng)度，同時降低了他們的工作效率。本文引進(jìn)了新型技術(shù)RTCP應(yīng)用到刀具半徑的補(bǔ)償應(yīng)用研究中，來提高數(shù)控金屬加工銑床的工作效率，以下為應(yīng)用RTCP三維刀具長度補(bǔ)償工作流程的介紹。

1 基于RTCP功能三維刀具長度補(bǔ)償應(yīng)用

1.1 定義銑刀參數(shù)

要想應(yīng)用RTCP功能來完成對三維刀具長度的補(bǔ)償，就必須先對銑床的刀具半徑類型及其參數(shù)定義進(jìn)行研究和分類[3]。數(shù)控金屬加工銑床的加工過程中首先要清楚所需要的銑刀的三種類型即：環(huán)形刀、球型刀和平底刀。為了將這些不同類型的銑刀進(jìn)行統(tǒng)一的參數(shù)定義，首先要定義整體刀具的半徑為R，其次定義刀刃半徑為R1，然后在空間直角坐標(biāo)系中建立刀具的參數(shù)坐標(biāo)值：對于環(huán)形刀，其刀具中心坐標(biāo)為(0，R)，刀刃圓心坐標(biāo)為(R1，0)；對于球型到其刀具中心坐標(biāo)為點(diǎn)(R，0)，為刀刃圓心為(R1，0)；對于平底刀，其刀具中心坐標(biāo)為(R，R1)，刀刃圓心坐標(biāo)為(0，0)。刀具中心點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的定位是刀具位置描述的重要依據(jù)，也是刀具半徑補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。

1.2 定位刀具中心點(diǎn)

在定義了銑刀參數(shù)之后，還需要確定三維刀具長度補(bǔ)償?shù)闹苯亲鴺?biāo)系中的確切位置，正需要使用CAD繪圖軟件來給數(shù)控金屬銑床繪制仿真模型。在繪圖過程中要重點(diǎn)繪制金屬銑床中離散刀具的位置和姿態(tài)，以便對應(yīng)刀具切觸點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的最大非線性誤差值[4]。繪制出的金屬銑床三維模擬圖經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)整理，就可以得到相應(yīng)的數(shù)控代碼內(nèi)容。在定位三維刀具半徑中心點(diǎn)是，CAD繪圖軟件系統(tǒng)將根據(jù)刀具變換前后刀具和刀刃的空間直角坐標(biāo)值，來重新定位刀具中心點(diǎn)。通常來說，環(huán)形刀的刀具參數(shù)具有特異性，其主要特異性包括以下兩個特征。第一個特征為在銑削過程中，因?yàn)榈毒叩度斜仨毐３峙c數(shù)控金屬銑床表面的相外切關(guān)系的幾何關(guān)系，所以刀具切觸點(diǎn)的法向量n會在時常經(jīng)過刀刃圓弧的圓心坐標(biāo)出;第二個特征為，因?yàn)榈毒卟僮魇瞧渥藙莶荒芨淖?，法向量n的方向也不能發(fā)生轉(zhuǎn)變，所以數(shù)控金屬三維刀具的半徑補(bǔ)償，可以看作是刀具中心點(diǎn)隨刀刃圓心在切觸點(diǎn)法向n上的平移和旋轉(zhuǎn)過程中的偏置總和。其中、刀具切觸點(diǎn)的法向單位n的確定就是三維刀具半徑補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵之處。

1.3 基于RTCP功能完成三維刀具長度補(bǔ)償

所謂RTCP功能是為了降低三維刀具長度補(bǔ)償過程中的最大非線性誤差值，從而提高金屬銑床加工的生產(chǎn)效率。RTCP功能的作用原理為首先激活RTCP功能后輸入在空間直角坐標(biāo)系中；其次刀具中心點(diǎn)信息可以經(jīng)過坐標(biāo)變換而更為精確的數(shù)控金屬加工銑床目標(biāo)直線端位置[5]。基于RTCP功能的三維刀具長度補(bǔ)償針對不同類型的刀具，來確定了其刀具半徑的控制精度，從而按要求繪制出三維加工控制軸的目標(biāo)直線端位置，其中為數(shù)控加工過程中的主要步驟如下:第一步為制作目標(biāo)直線端的插補(bǔ)對象，其參照目標(biāo)為數(shù)控系統(tǒng)的中心點(diǎn)軌跡；第二步為參照各個插補(bǔ)周期中刀具的平移或旋轉(zhuǎn)情況，來確定刀具中心點(diǎn)軌跡插補(bǔ)點(diǎn)在空間直角坐標(biāo)系中的位置；第三步為參考不同的刀具長度，進(jìn)而確定出機(jī)床控制軸中心點(diǎn)在空間直角坐標(biāo)系中的位置；第四步為根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行前三個步驟，直至三維直線段確定出目標(biāo)直線端的全部物理位置；最后一步為連接這些機(jī)床控制軸中心點(diǎn)，便獲得了不同刀具長度的三維加工控制軸中心點(diǎn)軌跡?；赗TCP功能的三維刀具長度補(bǔ)償很好地實(shí)現(xiàn)了對不同長度刀具的非線性誤差補(bǔ)償[6]。數(shù)控系統(tǒng)將控制機(jī)床控制軸中心點(diǎn)按照上述軌跡運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)刀具中心點(diǎn)對目標(biāo)軌跡的逼近。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)采用RTCP功能三維銑床刀具半徑補(bǔ)償方法和傳統(tǒng)方法仿真對比實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)流程為：首先在計算機(jī)軟件中建立相應(yīng)的三維模型；然后應(yīng)用RTCP功能三維銑床刀具半徑補(bǔ)償方法和傳統(tǒng)方法分別對三維模型進(jìn)行加工仿真操作，最后將兩種方法得到的結(jié)果目標(biāo)值線段等分為1，2，3，4，5五個相同階段，分別對比每個階段的最大非線性誤差情況，來驗(yàn)證RTCP功能三維銑床刀具半徑補(bǔ)償方法的實(shí)用價值。

2.2 結(jié)果討論

以下為兩種方法得到的三維銑床刀具半徑補(bǔ)償方法中最大非線性誤差對比結(jié)果：

圖1 為最大非線性誤差對比結(jié)果圖

根據(jù)圖像可知，基于RTCP方法比傳統(tǒng)方法可得到更小的最大非線性誤差。基于RTCP功能的三維刀具長度補(bǔ)償很好地實(shí)現(xiàn)了對不同長度刀具的非線性誤差補(bǔ)償，進(jìn)而做到了讓刀具中心點(diǎn)對目標(biāo)軌跡的逼近，證實(shí)了基于RTCP功能三維刀具長度補(bǔ)償方法的實(shí)用價值。

3 結(jié)束語

刀具半徑補(bǔ)償在數(shù)控加工過程中具有至關(guān)重要的作用，有了確定的刀具半徑就可以保證其操作過程中的靈活可控性。通過運(yùn)用RTCP功能三維刀具長度補(bǔ)償可以更加有效的降低操作過程中的誤差、進(jìn)而提高了數(shù)控加工的工作效率。當(dāng)下RTCP功能銑床系統(tǒng)的數(shù)控加工技術(shù)還需要進(jìn)一步的發(fā)展和探索，其中添加網(wǎng)絡(luò)功能和多語言支持等功能應(yīng)用過程很是繁瑣。金屬數(shù)控加工的網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重中之重。添加網(wǎng)絡(luò)功能可以有助于突破傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)分離和單一化的生產(chǎn)組織模式，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)且高效的生產(chǎn)管理模式提供技術(shù)支持。