数控加工刀位轨迹优化处理(8)

CNCCAD/CAM

图1.1 以直线信息为媒介的CAD，CAM，CNC

由CAM软件生成的G代码程序一般采用连续短直线段作为刀位轨迹使用G01指令表达加工轨迹。由于模具表面信息丰富，为保证加工精度，离散而成的连续直线段往往数量巨大。数控系统使用这种G代码程序加工时若直接进行直线插补，由于直线段轨迹长度短导致数控系统无法达到较高的加工速度，无法实现高速加工。

（2）工件表面质量要求高

模具工件对表面质量要求较高[7]，工件的表面质量与数控加工的相关特性有关，通常数控加工刀位点轨迹越平滑，加工速度曲线越平滑，加工工件表面质量越好[8]。因此为了提高工件表面质量，用于模具加工的刀位点应该具有以上特性。然而由CAM软件生成的连续直线段刀位点轨迹不够平滑[9]，直接用于加工不能保证工件表面质量。

本课题针对现有用于模具加工的连续直线段轨迹的不足，进行了针对优化传统刀位轨迹关键技术的研究，以实现模具加工的高速高精工艺。目的在于研究数控系统轨迹优化技术，为数控系统提供实现高速高精加工的轨迹优化功能。该课题的完成不但对处理高速高精加工模具工价轨迹有着实践意义，而且为国产高档数控 系统功能提升做出了努力。

1.2 轨迹优化技术的发展现状

1.2.1轨迹优化技术现状

国内外学者在数控加工轨迹优化方面已经做了大量研究，以解决连续直线段刀位点轨迹应用于数控加工时给加工过程带来的种种弊端。目前广泛应用于CAD软件进行三维模型造型的参数曲线由于其平滑的优良性质，逐渐被应用于数控系统加工中。现代高档数控系统开始广泛应用样条曲线进行复杂曲面工件的轮廓描述和加工过程[10]。使用参数曲线直接进行插补与使用连续直线段插补相比，有着速度平滑，数据量较小等诸多优点。这解决了连续短直线段用于加工带来的速度低、波动大问题。为解决离散曲线轨迹带来的问题，提高加工精度，有研究者提出了具有图1.2所示关系的CAD、CAM和数控系统。从CAM系统传递给数控系统的是参数曲线信息，数控系统具有对应的参数曲线插补功能。目前许多高档数控系统都提供了参数曲线插补功能[11]，例如FANUC提供的G06.2指令就能执行NURBS曲线插补功能。与图1.1所示的传统CAD、CAM、数控系统相比，图1.2中的系统提供了高速高精加工的能力。

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图1.2以参数曲线为媒介的CAD，CAM，CNC

尽管以参数曲线为信息传递单元的CAD、CAM、数控系统从理论上解决了以连续直线段为系统之间媒介所带来的加工效果上的问题。但在实际应用过程中有许多因素阻碍了这种系统架构的工业化应用。目前广泛应用于制造业的CAD、CAM系统基本不支持以参数曲线形式传递信息给数控系统，标准的G代码指令仍在这过程中占据主要地位[12]。CAD系统中用于建模的某些曲线也不