[发明专利]一种切削力仿真预适应的型腔外拐角数控铣削加工刀轨优化方法

说明书

本发明公开了一种切削力仿真预适应的型腔外拐角数控铣削加工刀轨优化方法，具体包括步骤一：输入刀轨和工件信息，获取外拐角参数；步骤二：优化外拐角最内层切削层；步骤三：优化剩余切削层；步骤四：计算另一侧切削层轮廓半径；步骤五：确定所有切削刀轨的的位置和起终点；步骤六：加入非切削移动刀轨，生成完整的局部循环；步骤七：结合原始刀轨，输出优化后的刀轨。本发明采用局部循环分层切削的加工方式，使得切削力热均衡化，减小了载荷冲击；本发明优化刀轨由圆弧与直线组成，切入切出平滑过渡，有效减小振动，提高加工表面质量；本发明通过约束最大切宽，避免了力热载荷过大。

技术领域

本发明涉及一种切削力仿真预适应的型腔外拐角数控铣削加工刀轨优化方法，属于数控加工技术领域。

背景技术

在飞机壁板、梁、框以及模具型腔加工中，广泛存在拐角特征的加工。在外拐角的加工过程中，由于切入切出角的变化，使得拐角处的实际切削宽度大于直边的设计切宽。拐角处刀轨突变，切屑厚度与径向切深增大，造成切削力的突然增大，振动加剧，对刀具造成冲击，易产生崩刃断刀现象，加工质量降低，零件精度不能满足要求。为避免切削用量增加，切削力增大所产生的影响，需要对拐角处实际切削力进行仿真并进行刀轨优化。

拐角加工中，切削力直接影响刀具磨损和已加工表面质量，也是引发振动和颤振的重要原因，基于切削力仿真可以在数控加工之前对刀轨、切削参数进行优化。Xiong Han在学术期刊《International Journal of Machine Tools&Manufacture》发表论文“Precise prediction of forces in milling circular corners”研究了拐角加工中，瞬时切屑厚度变化，并基于单位切削力系数的力学模型，进行切削力仿真计算。但是，该方法需要数值迭代求解，而且并没有基于切削力仿真对切削用量进行约束优化。Shaochun Sui在学术期刊《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》发表论文“Tool path generation and optimization method for pocket flank milling ofaircraft structural parts based on the constraints of cutting force anddynamic characteristics of machine tools”提出了一种变螺旋曲线的型腔加工刀规优化方法，该方法考虑了切削力与机床动态特性的约束，但需在拐角处单独循环走刀，且仅考虑了内拐角特征的加工。

因此，针对型腔外拐角数控铣削加工，需要对外拐角切削力进行仿真预适应，对刀轨形状进行优化，提出一种新的外拐角连续刀轨生成方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种切削力仿真预适应的型腔外拐角数控铣削加工刀轨优化方法，对于拐角处的切削过程，本方法基于瞬时切削力模型，仿真拐角加工过程中的最大瞬时切削力，在拐角加工中，最大瞬时切削力随刀轨实际切削宽度的变化而变化。故利用拐角切削过程中的最大实际切宽来评价拐角加工过程中切削力的变化程度，并以最大实际切宽小于等于名义切宽为优化目标，来分层优化拐角处的局部刀轨，使得加工过程中切削力变化均匀，避免切削力的过度变大以及由切宽变大引起的颤振现象。

一种切削力仿真预适应的型腔外拐角数控铣削加工刀轨优化方法，具体的优化步骤如下；

步骤一：输入刀轨和工件信息，获取外拐角参数；

步骤二：优化外拐角最内层切削层；

步骤三：优化剩余切削层；

步骤四：计算另一侧切削层轮廓半径；

步骤五：确定所有切削刀轨的的位置和起终点；

步骤六：加入非切削移动刀轨，生成完整的局部循环；