摘 要：隨著(zhù)現代制造行業(yè)的快速發(fā)展，對復雜曲面的應用也提出更高的要求。然而大多產(chǎn)品制造如手機外殼、渦輪機槳葉、汽車(chē)車(chē)身以及飛機輪廓等在運用復雜曲面時(shí)，仍面臨加工精度、加工效率等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現，將相應的刀具路徑技術(shù)引入其中，有利于誤差的控制與加工效率的提高等要求。本文將對刀具路徑技術(shù)相關(guān)概述以及刀具路徑技術(shù)的具體運用進(jìn)行探析。

　　機械與工藝

　　作為復雜曲面加工中的主要內容，刀具路徑規劃對整個(gè)加工效率都會(huì )產(chǎn)生較大的影響。從以往刀具路徑規劃現狀看，由于路徑不合理問(wèn)題的存在，直接導致加工中存在較多誤差，使曲面表面質(zhì)量難以保證，且加工效率受到明顯影響。在此背景下，便要求將相關(guān)的刀具路徑技術(shù)引入其中，全面提升自由曲面的性能。因此，本文對刀具路徑技術(shù)在自由曲面加工中的應用研究，具有十分重要的意義。

　　一、刀具路徑規劃相關(guān)概述

　　刀具路徑規劃，是當前數控加工自由曲面中的主要問(wèn)題。以往數控加工工作中，路徑規劃多通過(guò)數控編程實(shí)現，很難滿(mǎn)足現代自動(dòng)編程要求。而現代數控加工中充分利用計算機技術(shù)，對于較多復雜曲面零件加工可取得明顯效果。從其中刀具路徑技術(shù)看，首先表現在以ATP 為基礎的路徑規劃方面，其直接定義導動(dòng)畫(huà)曲面，保證通過(guò)移動(dòng)路線(xiàn)將整個(gè)曲面準確反映出來(lái)。該方法實(shí)際應用中，強調對刀具運動(dòng)進(jìn)行控制，盡可能使刀具與零件面或與導動(dòng)面進(jìn)行接觸，這樣刀具能夠在正確軌跡上完成運動(dòng)過(guò)程。需注意的是這種方法運用下也有一定弊病存在，如在誤差控制中，要求反復對每一刀步進(jìn)行運算，其中的迭代計算不僅耗費較多時(shí)間，且迭代收斂在曲面不規則情況下將難以實(shí)現。其次，規劃以笛卡爾坐標空間為依據。該方法運用下，主要將刀具路徑在坐標中XY 平面表示出來(lái)，一般路徑呈現的方式以平行直線(xiàn)為主，在此基礎上對直線(xiàn)進(jìn)行投影，曲面中投影便為刀具路徑。

　　該技術(shù)應用下，可能出現刀具、零件表面有交叉點(diǎn)存在，增大計算量。最后，參數空間規劃。對于該種方式，可細化為參數篩選、等參數步長(cháng)等。前者強調進(jìn)行等參數步長(cháng)的預設，將零件對應點(diǎn)列推測出來(lái)，在此基礎上以加工精度、曲面曲率為依據將點(diǎn)位信息從點(diǎn)列中進(jìn)行去除。整個(gè)過(guò)程的開(kāi)展不涉及較大數據量，但也會(huì )耗費較多時(shí)間。而后一種方法應用下，會(huì )取較小的步長(cháng)，以便于加工精度的提高，但由于其中步長(cháng)的估計未考慮到曲面曲率，即使計算較為簡(jiǎn)便，但最終獲取過(guò)多的點(diǎn)位信息，仍成為路徑規劃的主要難題。綜合來(lái)看，現行刀具路徑規劃中可應用的技術(shù)較多，但都有一定的不足之處，要求采取相應的優(yōu)化策略[1]。

　　二、刀具路徑技術(shù)的具體應用研究

　　數控加工過(guò)程中，對于刀具路徑多細化為不同的直線(xiàn)段，可將這種方式叫做直線(xiàn)插補。盡管其應用中，表現出計算便捷、表達簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，但其中存在的缺點(diǎn)也不容忽視，如曲面加工精度較高情況下，由于加工工序中的微小直線(xiàn)過(guò)多，容易增大加工信息量，且這些直線(xiàn)段很難將復雜曲面模型有效反映出來(lái)。在此背景下，要求機床數控系統應用中，應在NURBS 插補功能上進(jìn)行完善，保證切削運動(dòng)開(kāi)展中，以NURBS 曲線(xiàn)運動(dòng)為依據，這樣刀具軌跡將更為光順。

　?。ㄒ唬㎞URBS 刀具路徑

　　對于傳統刀具路徑規劃中的弊病，主要考慮將NURBS 曲線(xiàn)插補引入到數控系統中。該種曲線(xiàn)運用下，強調在確定曲線(xiàn)階次后，通過(guò)節點(diǎn)矢量、權重因子以及控制頂點(diǎn)等矢量完成曲線(xiàn)的確定。此時(shí)CNC 系統在利用NURBS 帶來(lái)的插補功能后，可使整個(gè)刀具軌跡運動(dòng)得以控制，防止因曲線(xiàn)加工問(wèn)題而產(chǎn)生加工缺陷。由此可見(jiàn)，通過(guò)NURBS 刀具路徑的應用，可使刀具軌跡更為光滑連續。需注意的是，數控加工過(guò)程中對于該方法的運用，無(wú)需將更多微小直線(xiàn)段指令引入其中，僅需做好刀具路徑數值定義即可。其中的插補空能可直接完成曲線(xiàn)運算過(guò)程，使加工形狀更為光滑[2]。

　?。ǘ┣€(xiàn)擬合工作的開(kāi)展

　　在NURBS 刀具路徑應用中，對于曲面零件輪廓很難表示出來(lái)，此時(shí)應注意以零件加工工藝、幾何模型為依據，保證刀具路徑的生成能夠通過(guò)刀位點(diǎn)表示出來(lái)。而該目標的實(shí)現關(guān)鍵在于做好曲線(xiàn)擬合工作，對已知刀位點(diǎn)進(jìn)行擬合，完成刀具路徑的確定，在此基礎上將曲線(xiàn)向數控系統傳輸，完成數控加工過(guò)程。為使加工過(guò)程中，被加工曲面、刀具路徑以二階幾何連續性的形式呈現，可考慮將三次曲線(xiàn)引入其中。此時(shí)，可直接在已知刀位點(diǎn)運用下，對節點(diǎn)矢量、權重因子以及控制頂點(diǎn)進(jìn)行求解，完成擬合過(guò)程。需注意的是在NURBS 刀具路徑運用下，需采取擬合處理措施，且避免擬合過(guò)程中有較大誤差存在，其將直接影響最終的路徑生成結果。另外，在NURBS 曲線(xiàn)擬合下，還需做好算法優(yōu)化工作，如其中的控制頂點(diǎn)優(yōu)化部分，應保證擬合曲線(xiàn)、刀位點(diǎn)間不存在較大偏差。且通過(guò)初始控制頂點(diǎn)的設定，將迭代計算此時(shí)減少，這樣在計算節點(diǎn)矢量后便可達到控制頂點(diǎn)優(yōu)化的目標[3]。

　　三、結語(yǔ)

　　刀具路徑技術(shù)的應用是現行自由曲面數控加工中的必然要求。實(shí)際進(jìn)行路徑規劃中，應正確認識刀具路徑技術(shù)的基本內涵以及優(yōu)勢與不足，在此基礎上采取相應的優(yōu)化措施，主要可通過(guò)NURBS 刀具路徑曲線(xiàn)擬合、算法的優(yōu)化實(shí)現，對提升自由曲面綜合性能將發(fā)揮重要作用。