石料浮雕数控加工的路径规划研究

石料浮雕数控加工的路径规划讨论工程师等自动编程软件的出现使数控加工浮雕成为可能，为满足日益增长的浮雕产品需求开辟一条新路[1-2]。数控切削加工刀具运动轨迹优化是发挥数控加工设备生产效率的有效途径。在路径规划方面，应用于刀具轨迹的拓扑结构一般有环切与行切，而行切走刀模式又分为单向进给模式与往复进给模式[3]。本文以实验为依托，对篆刻石料平面加工的路径规划进行讨论。1 实验器材与方法1.1 实验器材实验选择的加工毛坯石料为莫氏硬度 2-4 度的篆刻石料;采纳 CAXA 制造师数控加工编程软件进行代码生成。该软件为 CAD/CAM 一体化设计，可生成加工路径，实体仿真出加工效果，自动生成加工复杂曲面所需的加工代码，也有可对复杂曲面加工代码进行逆向读取，检验自动生成的加工代码是否出现错误的功能;其运行环境是 Windows[4];加工设备选择高精度小型台式数控金属加工铣床 SW-180M 进行加工。其主要性能参数：（1）主轴最高转速：正转：2000rpm，反转：1000rpm;（2）进给速率：5-1517mm/min;（3）快速移动速度：1540mm/min;（4）最大加工范围：x 轴方向 100mm，y 轴方向 80mm，z 轴方向 60mm。1.2 实验方法为检验加工路径对加工效率和加工精度的影响，本课题选用较为苛刻的加工参数，以便能使加工结果有明显的优劣区分度。加工参数设定如下：刀距为 0.1mm;切削速率为 1500mm/m;深度为 1mm;层数为 3。其它参数设定如下：加工精度设置为 0.01mm，最小步距设置为 0.5 慢速下刀速度，切入与切出速度均设定位 x 轴向进给速率的百分之 75，退刀速度与切削速度相同。为提高加工质量与加工效率，主轴转速设定为所用设备的最大转速 2000R/m，考虑到加工的垂直方向范围在 0.8mm 以内，为减少刀具控行程，提高加工效率，安全高度设置为 2，慢速下/退刀高度设置为 1。刀具为雕刻用硬质合金铣刀，具体参数如下：刀杆直径 3.175mm，刀具锥角7.5 度，杆长 45mm，刃长 10mm。刀尖宽 0.2mm。依照以上设定的参数换用环切进给加工、往复进给平行加工、单向进给平行加工三种不同的加工路径进行加工。记录加工过程所需时间，测量加工成品的粗糙度，和与原图的对比度相似度。然后两两对比选出最优的加工路径。2 实验结果与对比分析将待加工原图经过图片处理后利用 CAXA 生成加工代码。按环切进给、平行单向进给、平行往复进给进行加工，每种进给方式进行 20 次加工实验，将每组实验结果求平均值并进行对比分析。2....