[发明专利]一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法

说明书

本发明涉及金属切削加工技术领域，具体公开了一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其中，包括：确定圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与进给矢量；建立圆刀片式环形刀的几何模型；确定圆刀片式环形刀的切触区域的特征线；确定圆刀片式环形刀的切触区域的交线和投影线；确定圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域的范围；根据距离法得到圆刀片式环形刀的五轴铣削切触区域边界投影曲线的交点坐标；根据所述投影面积进行计算得到圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率。本发明提供的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，提高了圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算准确性。

技术领域

本发明涉及金属切削加工技术领域，尤其涉及一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法。

背景技术

在机械制造领域，五轴数控加工因其具有加工范围广、灵活性强、加工质量高等优势，被广泛应用在舰船用螺旋桨、航空发动机叶片、整体式涡轮等复杂曲面类零件的加工。刀片式环形刀铣削效率高，刀片成本较低，更换方便，常用于零件粗加工与半精加工。材料去除率是评价加工效率和限制加工载荷的重要指标，是工艺参数优化的主要目标之一，同时也是特定刀具对特定材料切削性能评价指标的关键因素。因此，针对圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率精确计算模型具有十分重要的意义。

对于固定轴加工，材料去除率可以通过传统的切深ap、切宽ae与进给速度fv相乘得到，但是对于曲面五轴加工，刀具姿态变化使得该方法误差较大。五轴加工材料去除率可以通过刀具/工件切触区域在垂直于进给方向的投影面积S与进给速度fv的乘积得到，因此五轴加工材料去除率的计算转化为刀具/工件切触区域的计算。

五轴加工刀具/工件切触区域的计算主要有三种：基于实体模型的布尔运算方法、基于Z-Map模型的离散计算方法以及近几年发展起来的解析方法，前两者计算速度受实体结构复杂度及刀具离散栅格尺寸影响较大，其实际应用受到极大限制，而解析法不受上述因素影响。文献“魏兆成,王敏杰,王学文,赵丹阳.球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模[J].机械工程学报,2017,(01):198-205.”通过将切削余量材料看成是一系列微厚材料薄层的叠加，构建了球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区解析模型，从而建立球头铣刀复杂曲面多轴加工的刀具接触区半解析模型。然而，其方法本质是将复杂曲面加工看成是一系列微小斜平面加工的组合，一定程度上限制了其计算效率，而且不能完全适用于圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算。

因此，如何提供适用于圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率精确计算方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的一个方面，提供一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其中，所述圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法包括：

确定圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与进给矢量；

建立圆刀片式环形刀的几何模型；

根据所述圆刀片式环形刀的进给矢量与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线；

根据所述圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的交线和投影线；

根据所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线、交线和投影线，确定圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域的范围；

将所述圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域的边界向垂直于进给方向的面上进行投影，根据距离法得到圆刀片式环形刀的五轴铣削切触区域边界投影曲线的交点坐标；