[发明专利]一种宽行端铣加工刀轨生成统一方法

说明书

技术领域

本发明提供一种宽行端铣加工刀轨生成统一方法，它涉及一种宽行数控加工中的刀轨生成算法，尤其涉及一种实现切削宽度均匀和刀轨光顺统一的刀轨生成算法。属于金属切削加工技术领域。

背景技术

在复杂曲面加工领域，五轴加工比三轴加工多了两个自由度，机床的灵活性大大提高，通过刀位优化可以实现刀具和曲面的最佳贴合，从而使加工行宽最大。在宽行加工中，某些刀位的行宽太宽将会使材料去除率剧烈波动，可能会造成零件表面质量的损伤，比如磨削烧伤。另外，如果刀轨的光顺性不够好，机床运动的加速度将会加大，加工效率和加工质量都无法保证。

传统的刀具定位算法如Strutz法、曲率匹配法和密切曲率法等用微分几何实现刀具在曲面上的定位，在窄行加工中这些算法不会带来太大加工误差，但是在宽行加工中用微分几何来近似估计刀具和曲面的关系会导致过切或者欠切。另外，Strutz法等窄行加工算法计算的刀轨行距很窄，一般不存在刀轨的行宽过大的问题，而且刀具的姿态跟曲面保持一致性，刀轨光顺性往往比较好。

多点法（MPM）、滚球法（RBM）、弧交法（AIM）等多点切触加工算法加工行宽较大，但是计算量大、优化不充分。北航陈志同等提出的中点法采用误差曲线的中点进行定位，通过调整刀具姿态得到最大加工行宽，这种方法得到的刀轨光顺性好，因此本专利以该算法为基础提出一种宽行加工均匀切削光滑刀轨生成方法。

与其他方法相比，中点法从原理上降低了刀心的波动量，刀轨光顺性较好。另外，徐汝锋等提出的双端点迹线驱动方法和双切点迹线驱动方法可以让每行刀轨的加工宽度保持一致，并且实现等残高刀轨的排列，但刀轨的光顺性却无法很好保证。本专利就是在中点法的基础上，吸收双端点迹线驱动方法的优势，来实现宽行加工过程中切削宽度的均匀和刀轨的光顺。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种宽行端铣加工刀轨生成统一方法，以提高加工效率、保持机床负载的平稳和提高加工质量。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种宽行端铣加工刀轨生成统一方法，它包括以下步骤：

步骤一、选定参数曲面上的一个凹区域或者凸区域，在该区域沿着接近最小主曲率方向的参数线走刀；

步骤二、将刀轨离散成一系列刀位点，确定每个刀位的偏航角；

步骤三、用中点法优化每个刀位，可以得到每个刀位优化后的俯仰角、抬刀量和偏航角，进而得到每个刀位的行宽和整行刀轨的行宽；

步骤四、将步骤三中刀轨的俯仰角用最小二乘法拟合，求取拟合曲线和原始曲线的最大偏差，将拟合曲线向上偏置该偏差值，然后插值得到每个刀位后续调整的初始俯仰角；

步骤五、根据行宽相对于俯仰角和抬刀量的变化规律，在每个刀位处求得行宽为某个定值时对应的俯仰角区间，该定值比整行刀轨的行宽值略大；

步骤六、判断步骤四中确定的初始俯仰角和步骤五中确定的俯仰角区间的关系，进而求得同时满足刀轨光顺和行宽均匀要求的俯仰角和抬刀量；

步骤七、判断在步骤六中得到的刀具姿态下，加工行宽是否覆盖整行刀轨的有效行宽，若否则对俯仰角和抬刀量进行修正。

其中，在步骤一中所述的“凹区域或者凸区域”是指曲面在该区域整体为凸或凹，最小主曲率方向呈现一致性。

其中，在步骤二中所述的“将刀轨离散成一系列刀位点”可以按照等间距离散的方法将走刀参数线离散成一定数量的刀位点，也可以按照其他方法进行离散，刀位点的离散方法不影响本发明的实施。所述的“确定每个刀位的偏航角”是指直接固定刀具在每个刀位的偏航角，或者采样一定数量刀位的最优偏航角进行拟合，然后插值得到每个刀位的偏航角。

其中，在步骤三中所述的“用中点法优化每个刀位”是指通过优化确定刀具的三个定位变量：俯仰角、偏航角和抬刀量（曲面定位点到刀具的距离）。步骤二确定了在每个刀位处的偏航角，抬刀量设为上公差，在偏航角和抬刀量确定的情况下，临界过切状态时的俯仰角为行宽最大时的俯仰角。在刀具定位完成之后，刀具和曲面的相对姿态就确定了。刀具落在曲面公差带内的部分在垂直于走刀方向上度量的参数长度为加工行宽，一行刀轨所有刀位的参数行宽边界所包含的最大参数区间的长度为整行刀轨的加工行宽。