数控加工的分析与监控
一般曲面零件的数控加工通常采用球头铣刀。球头铣刀加工曲面时多按行切法加工，即铣刀沿坐标轴方向或参数轴方向对曲面一行一行进行加工，每加工完一行后，铣刀移动一个行距，直至将整个曲面加工完毕。切削点的行距的大小直接影响曲面的加工精度与加工效率。行距值小于实际切削宽度将使加工时间增加，同时还导致编程效率的下降及程序的膨胀。行距值大于刀具的实际切削宽度时，曲面的表面残脊高度增大，使表面粗糙度值和误差增大。
一、曲面三轴数控加工行切法分析1.曲面三轴数控加工行切法产生的残脊高度用球头铣刀对曲面进行行切法加工时，会在加工表面留下一段较为明显的残脊高度（scallop height）。
（1）加工凸曲面残脊高度的分析对于凸曲面，a、b、g为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：h=of-fc-od h为残脊高度，r为刀具半径，s为切削行距，r为曲面曲率半径。
由以上分析可知：残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，如所示。但切削行距s取得小，使走刀次数增多、程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
（2）加工凹曲面残脊高度的分析对于凹曲面，a、b、g为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：由以上分析可知：残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，但切削行距s取得小使走刀次数增多，程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
因为显然，对于相同的曲率半径的凹凸曲面，在刀具半径和行距相等的条件下，加工凹曲面产生的残脊高度比加工凸曲面产生的残脊高度大。
2.曲面三轴数控加工行切法产生的干涉误差在三轴联动加工曲面时，刀触点为加工过程中刀具与工件实际接触点，由它产生*终的切削效果，而刀位点是刀具编程位置的坐标点，因此刀位点产生理论刀具轨迹，而刀触点产生的轨迹与刀位点产生的轨迹有误差。与中的δ1和δ2，笔者称为干涉误差。干涉误差的大小与加工时的切入切出位置以及刀具半径有关。在中，行距ab与bg段产生的干涉误差δ1和δ2的大小与行距线段与xy平面的角度有关，行距线段与xy平面的角度为0，干涉误差*小，所以δ2大于δ1.刀具半径大干涉误差大。
3.基于mastercam的三轴曲面加工行距控制以曲面流线加工（flowline）为例。流线加工指加工时沿着流线方向加工，生成一定间隔的一条一条刀具路径，直至走完整个曲面。stepover control设置决定计算切削路径之间距离的方法有两种，即distance和scallopheight.distance设定每一切削路径之间的距离，一般用于粗加工。
而scallop height设定切削路径之间所留下的残料高度，由系统自动调整切削路径之间的距离，因为设定相同的残料高度，所以加工时曲面曲率大的地方走刀行距大，曲面曲率小的地方走刀行距小，用于精加工和半精加工。
二、曲面五轴数控加工行切法分析1.曲面五轴数控加工行切法产生的残脊高度用球头铣刀对曲面进行五轴行切法加工时，也会在加工表面留下一段较为明显的残脊高度（scallop height），残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，如所示。但切削行距s取得小使走刀次数增多，程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
在五轴联动加工曲面时，刀触点与刀位点是同一点，刀触点产生的轨迹与刀位点产生的轨迹重合，所以没有干涉误差。
（1）加工凸曲面残脊高度的分析如所示，对于凸曲面，a、b为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：h=of-fc-r fc= 2 1 r o f？其中，h为残脊高度，r为刀具半径，s为切削行距，为r曲面曲率半径。
（2）加工凹曲面残脊高度的分析对于凹曲面，a、b为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：h=od-of-fc oo 1 =r-r o 1 f= 2（）4 r r，显然对于相同的曲率半径的凹凸曲面，在刀具半径和行距相等的条件下，加工凹曲面产生的残脊高度比加工凸曲面产生的残脊高度小。
2.基于mastercam的五轴曲面加工的行距控制以五轴曲面流线加工（flow5ax）为例。
如所示，流线加工指加工时沿着流线方向加工，生成一定间隔的一条一条刀具路径，直至走完整个曲面。选择flow5ax加工，系统弹出如的对话框，选择5轴加工（5 axis），选择加工样板（pattern suface），系统返回绘图工作区，选择曲面，确定。进入“flow 5ax parameters”设置，如1所示，stepover control设置决定计算切削路径之间距离的方法有两种，即distance和scallop height.distance设定每一切削路径之间的距离，一般用于粗加工。而scallop height以设定切削路径之间所留下的残料高度，由系统自动调整切削路径之间的距离，可用于精加工。
三、结论如所示，相同的行距，五轴曲面加工比三轴加工产生的残脊高度略高一点，但五轴曲面加工不产生干涉误差，三轴加工产生干涉误差。而且适当增加刀具半径，可使五轴曲面加工的残脊高度减小，但三轴加工残脊高度减小的同时干涉误差增加较快。
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一、曲面三轴数控加工行切法分析1.曲面三轴数控加工行切法产生的残脊高度用球头铣刀对曲面进行行切法加工时，会在加工表面留下一段较为明显的残脊高度（scallop height）。
（1）加工凸曲面残脊高度的分析对于凸曲面，a、b、g为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：h=of-fc-od h为残脊高度，r为刀具半径，s为切削行距，r为曲面曲率半径。
由以上分析可知：残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，如所示。但切削行距s取得小，使走刀次数增多、程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
（2）加工凹曲面残脊高度的分析对于凹曲面，a、b、g为刀位点，可取a点或b点的曲率半径近似作圆，残脊高度的分析如下：由以上分析可知：残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，但切削行距s取得小使走刀次数增多，程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
因为显然，对于相同的曲率半径的凹凸曲面，在刀具半径和行距相等的条件下，加工凹曲面产生的残脊高度比加工凸曲面产生的残脊高度大。
2.曲面三轴数控加工行切法产生的干涉误差在三轴联动加工曲面时，刀触点为加工过程中刀具与工件实际接触点，由它产生*终的切削效果，而刀位点是刀具编程位置的坐标点，因此刀位点产生理论刀具轨迹，而刀触点产生的轨迹与刀位点产生的轨迹有误差。与中的δ1和δ2，笔者称为干涉误差。干涉误差的大小与加工时的切入切出位置以及刀具半径有关。在中，行距ab与bg段产生的干涉误差δ1和δ2的大小与行距线段与xy平面的角度有关，行距线段与xy平面的角度为0，干涉误差*小，所以δ2大于δ1.刀具半径大干涉误差大。
3.基于mastercam的三轴曲面加工行距控制以曲面流线加工（flowline）为例。流线加工指加工时沿着流线方向加工，生成一定间隔的一条一条刀具路径，直至走完整个曲面。stepover control设置决定计算切削路径之间距离的方法有两种，即distance和scallopheight.distance设定每一切削路径之间的距离，一般用于粗加工。
而scallop height设定切削路径之间所留下的残料高度，由系统自动调整切削路径之间的距离，因为设定相同的残料高度，所以加工时曲面曲率大的地方走刀行距大，曲面曲率小的地方走刀行距小，用于精加工和半精加工。
二、曲面五轴数控加工行切法分析1.曲面五轴数控加工行切法产生的残脊高度用球头铣刀对曲面进行五轴行切法加工时，也会在加工表面留下一段较为明显的残脊高度（scallop height），残脊高度的大小决定于刀具半径r和切削行距s，刀具半径r越大，残脊高度越小；切削行距s越小，残脊高度越小，如所示。但切削行距s取得小使走刀次数增多，程序量增大。残脊高度的大小影响曲面的加工精度与表面粗糙度。
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三、结论如所示，相同的行距，五轴曲面加工比三轴加工产生的残脊高度略高一点，但五轴曲面加工不产生干涉误差，三轴加工产生干涉误差。而且适当增加刀具半径，可使五轴曲面加工的残脊高度减小，但三轴加工残脊高度减小的同时干涉误差增加较快。
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