高速龍門銑床對(duì)復(fù)雜曲面的高效精密加工，依賴于刀具路徑的科學(xué)規(guī)劃。這種路徑生成并非簡(jiǎn)單的軌跡連接，而是結(jié)合曲面幾何特征、機(jī)床動(dòng)態(tài)性能與切削工藝要求的系統(tǒng)性決策，其核心原理體現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模、約束平衡與算法優(yōu)化三個(gè)層面的協(xié)同。
曲面離散化建模是路徑生成的基礎(chǔ)。復(fù)雜曲面(如葉輪葉片、模具型腔)通常由三維 CAD 模型描述，路徑生成系統(tǒng)需先將連續(xù)曲面離散為海量微小區(qū)段 —— 通過(guò)三角面片或 NURBS 曲線擬合曲面形態(tài)，將幾何信息轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的坐標(biāo)點(diǎn)集。例如，對(duì)渦輪葉片的扭面進(jìn)行處理時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按加工精度要求設(shè)定離散步長(zhǎng)，確保每個(gè)微段的曲率變化控制在刀具半徑所能適應(yīng)的范圍內(nèi)。這種離散化既保留了曲面原始特征，又為后續(xù)路徑規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
多約束條件的動(dòng)態(tài)平衡決定路徑合理性。刀具路徑需同時(shí)滿足幾何約束與物理約束：幾何上，要保證刀具與曲面的包絡(luò)關(guān)系，避免過(guò)切或欠切，通常采用等殘留高度法規(guī)劃行距，使相鄰路徑的材料殘留量均勻；物理上，需匹配機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，如在曲率突變處減小進(jìn)給速度，防止因慣性沖擊導(dǎo)致的振動(dòng)。某航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣加工中，系統(tǒng)通過(guò)分析曲面法向量變化，在凸臺(tái)區(qū)域自動(dòng)加密路徑點(diǎn)，同時(shí)將進(jìn)給速度從 15m/min 降至 8m/min，既保證輪廓精度又避免刀具過(guò)載。
智能算法優(yōu)化提升路徑效率與質(zhì)量。傳統(tǒng)等參數(shù)線法生成的路徑可能存在大量冗余折返，而現(xiàn)代系統(tǒng)采用基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分算法，將復(fù)雜曲面分解為若干連續(xù)子區(qū)域，實(shí)現(xiàn)路徑的單向連續(xù)切削。針對(duì)高速龍門銑床的多軸聯(lián)動(dòng)特性，算法會(huì)對(duì)刀軸矢量進(jìn)行平滑過(guò)渡處理，通過(guò)插入過(guò)渡點(diǎn)減少軸系換向次數(shù)，使機(jī)床在高速運(yùn)動(dòng)中保持平穩(wěn)。此外，自適應(yīng)進(jìn)給算法能根據(jù)切削載荷實(shí)時(shí)調(diào)整路徑速度，在材料去除率高的區(qū)域自動(dòng)減速，平衡加工效率與刀具壽命。
刀具路徑生成的本質(zhì)，是在數(shù)學(xué)模型與物理加工之間建立精準(zhǔn)映射：通過(guò)離散化將設(shè)計(jì)意圖轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的坐標(biāo)指令，借助約束平衡確保加工過(guò)程的穩(wěn)定性，最終通過(guò)算法優(yōu)化實(shí)現(xiàn)效率與精度的統(tǒng)一。這種原理支撐下的路徑規(guī)劃，使高速龍門銑床能夠在復(fù)雜曲面上實(shí)現(xiàn)高速切削與精密成型的雙重目標(biāo)。
