NC 加工刀具轨迹设计中的几个优化问题

对于一个复杂程度高、精度要求高、需要用数控机床来加工的零件，如何从 CAD 产生的设
计图，通过 CAM 变成实际的实物产品，是 CAD/CAM 的技术目标。其中一个重要的技术
环节是如何根据 CAD 设计图和具体加工刀具的有关参数，设计出 NC 刀具的运动轨迹。
刀具运动轨迹设计质量的好坏，将直接影响零件的加工质量及加工成本。这里研究并解决
了刀轨设计中的几个优化问题，并在自已开发设计的 CAD/CAM 系统的 NC 刀具运动轨
迹设计中得到很好地应用。

1 NC

 

刀具运动轨迹设计中的误差源

在计算机自动编制数控程序前，必须根据零件的轮廓，产生相应的刀具运动轨迹。刀具的
尺寸不一样，设计产生的刀具运动轨迹也不一样。因此误差将产生于刀具的尺寸和刀具运

 

动轨迹的设计算法两个方面。
1.

 

刀具尺寸的影响

主要是以刀具公称尺寸作为刀具运动轨迹的设计参数而引起的。在进行刀具运动轨迹设计
的计算时，刀具的尺寸应该是刀具的实际尺寸，这样就可以避免由于刀具尺寸有误而引
起的误差。
2.

 

刀具运动轨迹设计算法的影响

 

主要是由算法设计者考虑不周而引起的：
a.刀具沿零件轮廓的法向切入时，由于机床运动惯性引起的刀痕误差。
b.在加工零件的轮廓包围面时，为使加工能连续进行，同时避免在轮廓加工起点上出现
交点的重合，引起计算机在数控编程时无法判定下一步的走向，往往采取分离加工轮廓
的起点和终点的方法。但是，当简单的采用打断轮廓面曲线的方式，就会产生轮廓加工误
差。
c.对于零件轮廓锐角外拐角尖角处的加工，为了使尖角能够很好的保留，若严格按照轮
廓的尖角来设计，所产生的刀具轨迹会使加工消耗大量的时间做无意义的运动，而且还
很有可能产生对零件其他部分的干涉，造成加工零件的报废。
d.当采用复合轨迹加工时，如何设计出较优化的刀轨，即保证加工质量，又使加工路径
最短，是值得研究的问题。

图 1 切向切入会发生干涉的情况
 
2 

 

刀轨设计中的几个优化问题

1.

 

刀痕误差解决方法

对于减小刀具切入方向不同可能引起刀痕误差的解决办法是：尽量避免沿零件轮廓的法
向切入，尽量沿零件轮廓的切向切入。对于有些有特殊加工起点要求的零件，一味地追求
切向切入，可能产生干涉(如图 1 所示)。为此，在切入点的设计中我们采用了分别对待的
办法。对于圆柱体，设置了自动优化为切向切入的功能；对于其它的轮廓采用在计算机的
揭示帮助下，用人机对话的方式来设定优化切入点。这样既避免了为追求某一目标而出现