數(shù)控火焰切割機刀補的研究

    一、數(shù)控火焰切割機刀補的特點

    數(shù)控火焰切割機是一種特種加工機床，它不像金屬切削機床那樣靠切削工具與工件的剛性接觸來去除被加工材料，而是通過燃燒，靠熱能和氣體的動能加工材料。火焰切割過程包括點火、預(yù)熱、通切割氧、切割、熄火、返回原點等步驟。由于加工時要有預(yù)熱，所以不能像激光加工、電加工那樣對能量收放自如，也不能像機械加工那樣能在任意一點停止和開始加工。

    假如加工軌跡是不連續(xù)的，則編程時，對于每一段連續(xù)的曲線，在其前后都分別設(shè)有刀補的建立及撤消，也分別有切割打開和關(guān)閉。由于火焰切割要預(yù)熱穿孔，所以每條連續(xù)的曲線加工前都要穿孔，即每段封閉曲線都要有引入和引出線。

    數(shù)控火焰切割機切割時，要根據(jù)工件的具體形狀和工藝要求，要在不同的位置、以不同的切入方式和方向來切入。不同的位置是說加工的起點可以是零件編程輪廓的特征點或非特征點，不同的切入方式是指引入線的種類，加工的順逆方向用戶也可以自行選擇。

    由于數(shù)控火焰切割機切割時受熱變形影響，引入和引出線不一定為一條直線，可以是圓弧或折線，所以刀補的建立和撤消不能像冷加工那樣只建立在直線段。實際刀軌的確立與冷加工不同，要進行特別規(guī)劃和處理。

    冷切割的刀具半徑是固定值，而火焰切割的“刀具半徑”體現(xiàn)為火焰在材料上割出的縫隙，割縫的寬度與許多因素有關(guān)，而且在對同一個零件的加工過程中，這個寬度還可能會有變化。假定割縫的寬度在加工過程中不變，根據(jù)數(shù)控火焰切割機的工藝特點，研究熱切割時割縫補償?shù)膶崿F(xiàn)。為統(tǒng)一稱呼，割縫補償仍稱為刀具半徑補償，簡稱刀補。

    二、刀補的執(zhí)行

    刀補模塊的輸入接口是譯碼優(yōu)化后取得的數(shù)據(jù)隊列，輸出接口是插補準備數(shù)據(jù)隊列。通常輸出隊列比輸入隊列的長度長。

    刀補建立確立了切割的起點。刀補執(zhí)行過程中，系統(tǒng)處理當(dāng)前曲線時總是首先讀人下一段曲線的信息，在確立連接形式、轉(zhuǎn)接類型后計算轉(zhuǎn)接向量，并由轉(zhuǎn)接向量、編程軌跡向量、刀具半徑向量等信息合成新的刀具中心移動軌跡。這中間會有新的連接線段生成，這樣系統(tǒng)中的預(yù)熱和熄火代碼的位置要受到影響。而且快速移動指令與加工指令之間肯定會存在轉(zhuǎn)接向量。由該向量生成的新軌跡中會出現(xiàn)小的連接線段，要根據(jù)其所在位置確定為快速移動還是直線插補，并根據(jù)工藝要求將相應(yīng)的M代碼放置于合適的位置。

    三、轉(zhuǎn)接形式的確定

    由于一般的熱切割機數(shù)控系統(tǒng)能直接實現(xiàn)的輪廓軌跡只有直線段和圓弧兩種，圓弧有順圓弧和逆圓弧。所以數(shù)控火焰切割機編程軌跡的連接方式有9種組合，每種組合又都有左右兩個不同的刀補方向，故共有18種組合形式。

    得出轉(zhuǎn)接角，確定連接類型后，就可以根據(jù)不同類型計算轉(zhuǎn)接點。即使類型相同，不同的組合時轉(zhuǎn)接點的計算方法也不同，計算后處理的方法——即添加和修改數(shù)據(jù)點給OS的方法也不同。

    四、工件輪廓和割炬軌跡顯示

    數(shù)控火焰切割機割炬軌跡即刀補計算后OS中所存儲的數(shù)據(jù)。本數(shù)控系統(tǒng)運行時，割縫值的一半即刀具半徑補償量是直接在主界面由用戶進行設(shè)置并隨時修改，系統(tǒng)能自動判斷補償后割炬軌跡是否會發(fā)生干涉，并在圖形區(qū)顯示零件輪廓和割炬軌跡。
熱切割機割縫補償與冷加工刀具半徑補償相比具有特殊性，本文的研究同樣適用于激光加工、等離子加工等熱加工機床。

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