[发明专利]一种针对螺杆铣削加工的刀具干涉检查方法

说明书

技术领域

本发明属于零件的数控加工领域，特别是复杂螺杆类零件数控铣削加工中的刀具干涉检查方法。

背景技术

螺杆被广泛用于石油、化工、橡胶、塑料、造纸等机械行业中的原料加压、输送及混合工序当中。螺杆泵、螺杆马达(钻具)、螺旋挤压机、螺杆式气体压缩机等设备的应用日益广泛。随着特殊工艺的要求，出现了各式各样的异型螺杆，包括变螺距螺杆、变深距螺杆、锥形螺杆、变棱宽螺杆、曲线槽螺杆。这些异型螺杆是压缩机、冷冻机、注塑机、自动包装线等设备的关键性基础零件，螺杆的加工质量直接影响这些设备的性能。

当今螺杆的高效数控加工方法主要有两类，一类是比较成熟的成形铣削，另一类是近几年出现的无瞬心包络法和内旋风包络铣削法。成形铣削法对铣削刀具要求比较高，螺杆螺旋面的形线完全由刀具的刃形来决定，使得成形铣刀的设计和制造十分困难。无瞬心包络法和内旋风包络铣削法比较适合加工复杂、异形螺杆，但在加工过程中刀刃与螺旋面之间的包络轨迹呈复杂的空间关系，计算非常复杂。由于这些螺杆的螺旋面比较复杂，在数控加工过程中刀具路径轨迹的计算非常复杂，很难保证加工过程中没有过切、欠切和碰撞产生。这就需要对刀具路径进行干涉检验（即刀具干涉检查），可以说刀具干涉检验是在数控加工过程中保证加工精度和表面质量的关键。

鉴于干涉检查在数控加工中的重要作用，长久以来国内外学者对此做了大量的研究，并且针对不同的加工对象提出了许多方法。其中发展比较成熟的是二十世纪80年代末Hansen提出的刀具干涉检查的投影法，至今在UGⅡ中的许多功能模块中均采用了这种思想。这种方法的基本思想是：假设刀具位于曲面上方的某个不干涉的初始位置，想象刀具向下运动直到和待加工曲面刚好接触为止，通过分割待加工曲面，把问题转化为求刀具沿给定方向运动直到和有界小三角片相触时的接触点，即为所求刀触点，用这个刀触点偏置得到的刀位点一定不会同曲面发生干涉。Hansen所说的投影是指把刀具上的点沿直线方向投影到待检测的曲面上。二十世纪90年代，冉瑞江、马德昌等对Hansen投影法进行改进，并称之为投影法。这种改进投影法的基本思想与Hansen的投影法相同，只是在求刀具曲面嵌入被检查曲面的深度时采用了相反的策略，不再离散(分割)待检查曲面，而离散刀具曲面。另外干涉检查方法还有迭代法、等距面法、截面验证法、偏置面法等。

这些方法具有一定的普适性，原则上可以应用到螺杆的铣削干涉检查，但由于螺杆自身几何和结构的特殊性，在对螺杆的干涉检查时存在着很多问题，比如需要耗费大量的计算时间，有时甚至超出计算机的计算能力，数据点处理时存在重复性、处理效率太低、计算复杂等。由于螺杆的结构特异性和工艺要求的特殊性，这些方法在干涉检查过程中难以准确的寻找出干涉区域和准确的判断出是否发生干涉。如果要精确地检查刀具与螺旋曲面的干涉情况，则必须大大增加干涉检查的数据处理点，在应用这些方法进行干涉检查时，重复处理的数据点将极大的提高，系统的存储需求和计算量都大大增加，处理效率下降，增加了积累误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种针对螺杆铣削加工的干涉检查方法。

一种针对螺杆铣削加工的刀具干涉检查方法，包括以下步骤：

步骤（1）获取螺杆的设计尺寸和参数并输入计算机，生成螺杆实体；

步骤（2）针对螺杆选取投影面，根据螺旋投影算法对螺杆的螺旋面进行螺旋投影数据处理，即将螺杆的螺旋面投射到选定的投影面上，由此在投影面内得到螺杆的螺旋投影；

步骤（3）获取铣削刀具数据并自动录入到计算机，生成刀具实体；

步骤（4）读取刀位点数据，然后在步骤（2）中所述的投影面内，根据螺旋投影理论对刀具进行螺旋投影数据处理，生成刀具在该刀位点时在投影面内的螺旋投影区域；刀具螺旋投影过程中所用到的螺旋投射线与步骤（2）中的相同；

步骤（5）根据步骤（2）生成的螺杆的螺旋投影和步骤（4）生成的刀具螺旋投影，对螺杆的螺旋投影和刀具投影区域进行干涉判断；该干涉判断过程包括螺杆的螺旋投影与刀具投影区域位置关系的判断、三种位置关系的分类处理、过切与欠切刀位点数值的记录和反馈；

步骤（6）结束判断，判断该刀位点是否最后一点，若是最后一点则既可结束判断，如若不是，则重复步骤（4）、（5）、（6）。

步骤（2）所述的投影面为垂直于螺杆轴线的任意平面。

所述的投影面在螺杆实体之外且投影面与螺杆端面之间的距离为螺杆导程的整数倍。

步骤（2）所述的螺旋投影所用到的投射线是与螺杆同轴、同旋向、同导程的螺旋线。