数控加工刀具路径拟定

图2-3-1车削加工X 、Z 向安全间隙设计 2．3 数控加工刀具路径拟定

CNC 加工的刀具路径指，加工过程中，刀具刀位点相对于工件进给运动的轨迹和方向。刀具路径一般包括：从起始点快速接近工件加工部位，然后以工进速度加工工件结构，完成加工任务后，快速离开工件，回到某一设定的终点。可归纳为两种典型的运动：点到点的快速定位运动——空行程；工作进给速度的切削加工运动——切削行程。

确定刀具走刀路线的原则主要有以下几点：

⑴规划安全的刀具路径，保证刀具切削加工的正常进行。

⑵规划适当的刀具路径，保证加工零件满足加工质量要求。

⑶规划最短的刀具路径，减少走刀的时间，提高加工效益。

2．3．1规划安全的刀具路径

在数控加工拟定刀具路径时，把安全考虑放在

首要地位更切实际。规划刀具路时，最值得注意的

安全问题就是刀具在快速的点定位过程中与障碍物

的碰撞。为了节省时间，刀具加工前接近工件加工

部位，完成加工任务后，快速离开工件，常用快速

点定位路线。快速点定位时，刀具以最快的设定速

度移动，一旦发生碰撞后果不堪设想。 1．快速的点定位路线起点、终点的安全设定

工艺编程时，对刀具快速接近工件加工部位路线的终点和刀具快速离开工件路线的起点的位置应精心设计，应保证刀具在该点与工件的轮廓应有足够的安全间隙，避免刀具与工件的碰撞。

在拟定刀具快速趋近工件的定位路径时，趋向点与工件实体表面的安全间隙大小应有谨慎的考虑。如图2-3-1，刀具相对工件在Z 向或X 向的趋近点的安全间隙设置多少为宜呢？间隙量小可缩短加工时间，但间隙量太小对操作工来说却是不太安全和方便，容易带来潜在的撞刀危险。对间隙量大小设定时，应考虑到Z0的加工面是否已经加工到位，若没有加工，还应考虑可能的最大的毛坯余量。若程序控制是批量生产，还应考虑更换新工件后Z 向尺寸带来的新变化，以及操作员是否有足够的经验。

在铣削工艺编程，刀具从X 、Y 向快速趋于工件轮廓时的情况，与Z 向趋近相比较，同样应精心设计安全间隙，但情况又有所不同，因为刀具X 、Y 向刀位点在圆心，始终与刀具切削工件的点相差一个半径，刀具快速趋近的同时，又需建立半径补偿，因此设计刀具趋近工件点与工件的安全间隙时，除了要考虑毛坯余量的大小，又应考虑刀具半径值的大小。起始切削的刀具中心点与工件的安全间隙大于刀具半径与毛坯切削余量之和是比较稳妥的安全的考虑。取消刀具半径补偿最安全的地方是离开刚加工完的轮廓有足够安全间隙的地方，安全间隙同样应大于刀具半径与毛坯切削余量之和，如图2-3-2所示。

切削循环的起点，不仅是刀具快速接近工件加工部位路线的终点，又是刀具快速离开工件路线的起点，该点应与工件间有足够的安全间隙。

值得注意到的是：在接近工件区域或近障碍物区域，在无把握的情况下，应避免使用快速的移动路线，并确保刀具相对工件的安全运动。

2．避免点定位路径中有障碍物

程序员拟定刀具路径必须使刀具移动路线

中没有障碍物，计算机因为无法象操作工在手动

操作加工时能用眼睛检测到障碍物，预见到安全

的威胁，并及时操作使刀具运动改变，避开障碍

物。一些常见的障碍物如：加工中心的机床工作

台和安装其上的卡盘、分度头，虎钳、夹具、工

件的非加工结构等。数控车床的尾架顶尖、卡盘、其它的刀架、工件结构等。对各种影响路线设计因素的考虑不周，将容易引起撞刀危险的情况。

G00的目的是把刀具从相对工件的一个位置点快速移动到另一个位置点，但不可忽视的是CNC 控制的两点间点定位路线不一定是直线，如图2-3-3所示，定位路线往往是先几轴等速移动，然后单轴驱近目标点的折线，忽视这一点将可能忽略了阻碍在实际移动折线路线中的障碍物。非但G00的路线，G28、G29、G30、G81—G89、G73

等的点定位路线也应该考 图2-3-2铣削加工X 、Y 向安全间隙设计

图2-3-3点定位路线并非直线

虑同样的问题。还应注意到的是撞刀不仅仅是刀头与障碍物的碰撞，还可能是刀具其它部分如刀柄与它物的碰撞。

图2-3-4 G70精车切削循环错误起点图2-3-5 G70精车切削循环正如图2-3-4，在使用FANUC系统的G70精车切削循环时，为减少走刀路线长度，循环的起点选在精加工的轮廓起点，致使刀具在循环快回起点时撞上工件。图2-3- 5为 G70精车切削循环正确起点选择。

安全的刀具路线规划，总要求程序员在认真理解机床加工运动规律、CNC控制规律、加工工艺方法后，以严谨的态度，对涉及刀具路线的各个细节予以关注，对涉及加工运动安全、质量、效率的各个因素予以关注，并正确进行工艺组织和路径描述，确保描述的刀具路线能够被正确的执行和安全有效。

2．3．2 规划保证加工质量的刀具路径

在数控加工中，加工路线的确定在保证加工安全性的前提下，应必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。

图2-3-6半径补偿正确铣削轮廓图2-3-7半径补偿铣削轮廓发生过切

1．避免刀具对工件的过切

刀具对工件的过切虽然不象撞刀那样引起破坏刀具、工件、机床的严重后果，但往往引起工件的报废，程序员应仔细核对刀具路线，确保路线意图的正确，并符合CNC对进给运动控制规则。

刀具对工件的过切往往出现在刀具的半径补偿加工过程中，因为程序员的路线意图与CNC对运动控制结果的差别不是那么明显地被发现。

例如，用半径补偿铣削轮廓的正确意图应如图2-3-6所示。下面列出某程序员设计的刀具路线导致了过切加工结果的案例。

某程序员的刀具路线意图是：①在Z向起始高度从X-50Y-50以G00快速进给到X0Y-20建立刀具半径补偿，并在 Y向留有足够的安全间隙。②从Z向起始高度Z向进给到Z5的高度并建立长度补偿。③从Z5工进到切削高度Z-5。④轮廓切削到X0Y100完成第一轮廓边AB 边的切削。用程序描述如表2-3-1右栏程序3。

表2-3-1：半径补偿铣削轮廓加工程序比较

案例分析：

程序员的刀具路线似乎是正确的，但CNC控制的结果却是在AB边的切削中产生了过切，如图2-3-7。原因是CNC在处理建立刀具半径补偿程序段N40时，在有限的可预览程序段（N50、N60）内数无法预览到补偿平面内的进给插补移动程序段，没有足够的信息判断正确的半径偏置方向，从而无法计算刀具半径补偿后刀具中心所到达的符合意图的准确点位，因而造成CNC实际控制的刀具移动路线与程序员的真实意图不符合。

若案例中刀具路线改成：在建立刀具半径补偿前进行长度补偿，建立刀具半径补偿后直接轮廓切削，这样CNC的控制结果就能达到程序员的加工路线意图如图2-3-6，能正确半径补偿轮廓铣削的加工程序如表2-3-1左栏程序1。

或在Z向起始高度半径补偿后，用一小段Y向移动表明正确的切削方向，然后进行长度补偿，再下刀到Z向切削高度，这样也可避免过切的发生。能正确半径补偿轮廓铣削的加工程序如表2-3-1中栏程序2。

2．设计合理定位路线，保证尺寸精度