数控加工怎样规划刀具轨迹避免干涉？

在数控加工过程中，工艺编制的一项重要内容就是刀具路径的规划。所谓刀具路径，就是指刀具相对工件运动的轨迹，其规划的目的在于如何更好地回避刀具与工件的干涉。路径规划是否合理，都将直接影响数控加工的精度和效率。为此，技术人员可以通过优化刀具形状和优化刀具轨迹算法这两种方法来实现。

优化刀具形状

数控加工如果刀具形状不同，其干涉部位和干涉判断就会有所区别。所以，对刀具形状及其切削部位的分布进行合理优化，就可以在很大程度上避免刀具的干涉现象。在对复杂工件，尤其是结构复杂的组合模具进行加工时，为了避免刀具与工件发生干涉，保证切削质量和效率，选择不同形状的刀具并优化刀具形状，就显得尤为重要了。

举例来说，球头刀之所以成为五轴数控加工中心上广泛采用的切削刀具，就是因为其具有良好的自适应能力，且对过切干涉可以进行快速检查，并作出及时应对。但是，这类刀具也尤其缺点，那就是各个不同切削位置的切削速度不同，而且相差很大，其球头中心附近的切削速度接近于零。所以，遇到曲率较小的曲面等，球头刀的加工效果很不理想。另外，球头刀的价格比较安规，修整过程也十分复杂。

而非球头刀具虽然不具备过切干涉检查能力，但通过合理地调整刀具位置和姿态，也同样能够避免刀具干涉。而且合理调整还能够使刀触点轨迹线附近的带状区域内，刀具包络曲面更加接近理论设计曲面，从而显著提升给定精度下的加工带宽，增大了刀具的有效切削面积，可以获得更高的去除率和加工效率。

优化刀具轨迹算法

除了对刀具形状进行优化以外，还必须计算出刀具与工件的实际接触点，并结合刀具形状确定准确的刀位点位置，这样才能规划处合理的加工刀具轨迹。优化刀具轨迹算法的方法主要包括等参数线法、等距截面法、等残留高度法和投影法这四种。

等参数线法是基于原始曲面参数路径的算法。由于大部分被加工曲面的构建过程都有固定的曲面参数，因此可以借用这些参数获取加工路径。这种方法比较简单，所以应用也较多。但是，借助原始参数生成的路径有时对实际加工并不绝对适用，刀具路径在曲面较窄的部位可能过于复杂，而在曲面较宽的部位又过于简单，加工精度得不到保证。

等距截面法包含CL和CC两种。CL路径截面线法是将先后两个加工曲面形成的交线作为刀具路径;而CC路径截面线法是将加工过程中刀具与工件的接触作为另一曲面的路径。二者相比较，CC路径截面线法对加工时刀具路径的控制比较容易，刀具路径也分布得比较均匀。尤其是对于参数分布不太均匀的复杂曲面，CC法加工效率更高，但缺点是计算复杂，计算量较大。

等残留高度法实在刀具运动过程中，保持其运动轨迹的残留高度不发生变化的算法。这种算法的实现，关键在于控制相邻运动轨迹之间的距离，使残留高度保持稳定。这种算法可以使刀具的受力保持均匀，并且可以在当前刀具轨迹条件下，很方便地计算出后续的刀具路径，计算量较小。但在工件曲面参数不稳定时，有可能影响切削效率。

投影法计算出的刀具路径是沿着导动曲线在工件表面上的投影进行。这种方法适用于具有特殊曲面的加工件，尤其是在有碰撞干涉的情形下，通过投影法可以有效限制刀心点。因为在这种工件表面上，每一接触点的法向方向不尽相同，这使得刀具干涉不容易发生，由此可以使刀具路径更能得到有效控制。