一、引言
随着个人计算机的发展和普及，大部分数控车床已由微型计算机控制，数控车床CAD/CAM系统研究开发和应用逐渐广泛，该系统灵活多变，易于改变和扩展新的功能。该系统应用的关键是刀具路线计算分析并依此编制数控程序和指令。本文对刀具路线计算的主要方法—形状输入法进行详细分析，只要掌握了此法，即使操作不熟练的初学者，也能进行实际加工。
工件形状的描述数控车床主要是加工轴套类零件，因此其毛坯是圆棒料，其形状描述只是指直径和长度。关于加工形状的描述，可以把工件分为圆柱部分、圆锥部分和圆弧部分等基本要素，并用其结合形式来表现工件。如图1所示，工件的加工形状均已直线模型化，此时构成各直线交点Pi 就是为了表现加工形状的形状输入点。
图1 工件的形状描述法
用直线把加工形状模型化比较简单，但关于圆弧的信息就丢失了，考虑到直线和圆弧的组合，给出了7种形状图形，如图2所示。图形号均是输入毛坯半径的参数。当形状图形PT为零时，它表示为直线的交点。形状输入就是把从P0到Pn的坐标值(xi,yi) 和形状图形号PTi 及其圆弧半径Ri作为一组值而在各点上进行图形输入点。
图2 形状图形
二、切削条件和使用的刀具
有关切削条件必需输入的参数是精加工的切削余量、粗加工的切削深度、精加工和粗加工的切削速度和粗加工的进给量。
关于精加工的进给量，可用公式乘上一个修正值，式中R为刀尖半径，Rmax为表面粗糙度数值。
在CNC 控制的数控车床上只有四个刀具安装面，考虑到加工形状的需要，选择如图3 (a)所示的四种刀具。主要采用刀具1，刀具4为切槽用。
图3 使用刀具及其位置指定
刀具的输入参数为刀具刀尖半径及其安装条件的副偏角。刀具位置的确定如图3 (b) 所示。刀具1、2、3以其刀尖圆的中心为基准而确定，刀具4是以右前端为基准而确定的。
三、刀具路线更改点的计算
由于刀具路线是以刀尖圆的中心为基准来表示的，因而利用程序计算出的刀具路线应为刀尖圆中心的轨迹。在求精加工刀具路线时，应根据刀尖圆半径R进行修正，在求粗加工刀具路线的场合应在R的基础上加切削余量T来进行修正，如图4
图4 修正示意图
如图5根据形状输入点Pi Pi+1给出的工件形状来求相距S的直线。取纵向进给为x坐标，横向进给为y坐标，则Pi Pi+1的直线方程式为：
图5 根据形状输入点确定刀具路线的示意图
又因为，所以上面的方程式求出相距S 的直线方程式为：
如图把精加工刀具路线时S = R 和在粗加工刀具路线S = R + T 代入上式，即可得到修正的刀具直线方程式。其它图形代号上刀具路线更改点在此省略，不作详细说明
四、刀具选择和刀具路线
工件加工是按照粗加工、半精加工和精加工的秩序进行的。每进行一项均要判断工件形状，并确定出应采用的刀具。因为在确定刀具时，也要通过工件形状来确定刀具路线。所以刀具选择与刀具路线之间有着非常密切的联系。
为了分析工作y 方向上是否有形状变化，因此从i = 1到n-2将输入点Pi和P i+1的y坐标加以比较，如果yi+1那么就必须判断以后的加工是否可用刀具1。也就是当Pi Pi+1线段斜率Ai比刀具副偏角的斜率AN大的时候，则不能用刀具1进行切削加工，就必须配以别的刀具来加工。如图6就是需刀具1、2的场合，图6 (b)为刀具1的刀具路线，图6 (c)为刀具2的加工路线
图6 刀具路线的决定方法
图7中，A、B、C表示粗加工刀具路线更改点当RT=0时，用A、B两点查找切削终点，当PT =1～6 时，用A、B、C三点查切削终点。在进刀位置①时，由于A>C(y)，因此不存在切削终点，在进刀位置②时，由于B(y)≤A ≤C(y)， 所以把y = A代入BC间的方程式，计算用O表示的切削终点。进刀位置③，同样处理。在进刀位置④，A< A(y)，此时表示该区间粗加工已结束。
图7 进刀位置和粗加工的刀具路线处理
由该法计算出的刀具路线必须转移为数控装置能接收的数控指令，在PT=0时，按“G01”直线插补指令进行加工，在圆弧时，按“G02”或“G03”指令进行切削加工。
