[发明专利]一种适用于摆线高速铣削的加工路径的方法

说明书

技术领域

本发明属于CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)技术领域，具体地说，涉及工件加工制造领域，尤其涉及一种适用于摆线高速铣削的加工路径的方法。

背景技术

在实际的加工中，传统的环切路径会产生一些问题.环切刀轨的生成往往伴随产生很多凹凸拐角，尖锐的拐角会引起严重的刀具接触角变化,从而导致材料去除率和刀具负载的突变。尤其在对坚硬材料的高速加工中，刀具负载的突变会产生各种不利的结果，如刀具寿命的缩短，机器震动甚至是刀具断裂。因此在高速铣削刀轨中，材料去除率的波动是设置进给率，轴向深度等加工参数的主要考虑因素，而保持相对稳定的加工路径材料去除率是提高加工效率的关键。

摆线铣削方式能够很好地解决切削负载的突变问题，常应用在难以加工的区域。其价值已经被越来越多的学者研究和认可。一个摆线周期包括加工段和空切段。摆线的轨迹是连续的，其加工段的刀具接触角和径向深度变化平缓且可控，且不会受到加工区域形状改变的影响，因此适用于特殊的加工区域，例如尖锐的拐角或是需要全切的狭槽。

由于摆线加工存在空切段，与传统的加工方法比，其加工效率比较低。但是由于摆线的引入，整个加工区域的切触角和径向深度都能保持相对稳定，避免了刀具负载的突变，这使得加工路径更适应于高速铣削加工，轴向深度得以大大提高，总的加工效率也得到提高。

Elber.Et al提出了一种应用于高速加工的加工路径生成方法MATHSM。MATHSM方法在狭长区域展现出了优势，但是该方法没有解决在大的圆形型腔中摆线低效的问题，Soichi Ibaraki et al.提出了一种结合摆线和环切的方法,用于2.5D的高速铣削。该方法仅限于半径不变的摆线加工路径的设计，关键区域被设定在型腔的中心轴附近。但这种分布情况对加工方法的选择是有限制的，且没有考虑针对内部包含岛屿的型腔的优化方法。

现有高速加工中的摆线加工路径生成方法采用恒定摆线半径，没有利用变半径摆线模型进行分析和应用，因而复杂型腔的加工路径的冗余度较高；且摆线加工的分布方法单一，导致摆线加工路径普遍较长，总的加工效率不高，在高速铣削的领域中，这些都是亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适用于摆线高速铣削的加工路径的方法，以解决现有高速铣削加工路径冗余，效率低下的问题，为复杂区域的高速铣削提供更优化的加工模式。

为了实现这一目的，本发明采用如下技术方案，划分加工区域为需摆线加工的关键区域和其它区域，通过节距自适应的变半径的摆线路径的应用，使得关键区域的面积减小，同时加工路径的冗余度减小；在关键区域加工完成后，最后采用环切的方式加工其它区域，从而使整个加工路径的效率得到提升。

本发明的方法，具体包括以下步骤：

1)零件模型和零件特征信息的输入：在三维CAD软件中读取模型信息，选取加工区域，设置截平面间距，设置其它加工参数，包括刀具半径，主轴转速，最大径向切深，加工精度；

2)对加工区域进行划分，得到变半径摆线加工的区域，此处定义该区域为关键区域；

3)在摆线加工区域中，设计变半径摆线的加工路径，所述的摆线路径的方法包括以下步骤：

3.1：首先计算步骤2)所述关键区域的中心轴，将其离散得到P_i；

3.2：计算每个离散点的区域内切圆半径R；

3.3：通过迭代计算每个离散点处的单周期摆线的刀具最大径向深度，筛选离散点，取得相邻摆线周期间的节距S_i；

3.4：依据变半径摆线的数学模型计算关键区域的摆线路径，离散并输出到后置处理程序；

4)在对关键区域加工完成后，设计未加工区域的加工路径，离散并输出到后置处理程序；

5)对步骤3和步骤4输出的加工路径进行后置处理，输出到机床加工。

在本发明中，所述步骤2)对加工区域划分的具体方法为：

2.1：若加工区域为内部不包含岛屿的型腔，则关键区域分布于加工区域的中心轴的周边区域，区域半径设定为N(N>1)倍刀具直径，区域边界的几何结构是基于等距型腔的边界形成的加工轮廓；

2.2：若加工区域为内部包含岛屿的型腔，则关键区域分布于岛屿周边，区域半径为：R_区域半径＝R_岛屿+N×R_刀具(N>1)，区域边界的几何结构是基于等距型腔的边界形成的加工轮廓。

所述步骤3.1的中心路径的初始离散精度应小于等于加工精度。