[发明专利]一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法

说明书

本发明提供一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法，根据等残高插铣刀具路径与型腔轮廓之间的几何关系，建立了残余材料尖点位置和下一插铣刀位点位置计算模型，通过优化侧向步距，使得相邻插铣刀位点之间的残余材料的残高与最大允许残高相同，实现插铣刀位点数量的降低。本发明适用于具有复杂轮廓的型腔侧壁数控插铣刀具路径规划，在满足最大允许残高的工艺要求下，获得具有最少插铣刀位点数量的插铣刀具路径，提升侧壁插铣效率，此外，更均匀的残余材料改善后续加工切削力变化，提高后续加工的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种型腔插铣刀具路径规划方法，具体涉及一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法。

背景技术

插铣铣削刀具路径是一种高效去除材料的走刀方式，充分利用刀具轴向刚度最优的优势，沿刀具轴向进给除去多余材料，具有材料去除率高、刀具使用寿命长和切削稳定性好等特点，被广泛应用于型腔类零件，特别是具有深腔特征的零件的铣削加工。

插铣刀路由一系列插铣循环构成，每个插铣循环依次包括下刀、抬刀和移刀三个动作。材料去除过程在下刀动作，各插铣循环下刀点称为插铣刀位点，相邻两个插铣点之间的移刀距离称为测量步距。根据插铣材料去除原理可知，插铣是一种非连续材料去除工艺，当利用插铣工艺对型腔侧壁进行加工时，相邻插铣循环完成后，会在型腔侧壁上留下残余材料。残余材料相对于型腔侧壁最大厚度称为残高，对应的点为残余材料尖点。通常插铣完成后，利用端铣或侧铣对侧壁上残余材料进行去除，显然残高过大会造成端铣或侧铣过程中切削量超过设定值，导致刀具磨损。因此，有必要对最大残高进行限制。

现有CAM软件在规划型腔侧壁插铣路径时，主要采用等侧向步距的方式进行规划，由于型腔侧壁曲率的变化，使得相邻插铣刀位点之间的残高不均匀。为了使得最大残高不大于设定值，必须降低侧向步距，从而使得插铣刀位点的数量急剧增加，降低了插铣材料去除率和加工效率。综上，有必要研究一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法，通过优化侧向步距，使得相邻插铣刀位点之间的残余材料的残高与设定值相同。这样的插铣路径规划方法，既能够满足后续端铣或侧铣切削量满足设定值，又能够有效减少插铣刀位点的数量，从而提高加工效率。

经对现有技术的文献检索发现，申请号为CN201710840476.X的中国专利《转角插铣加工的插铣点位构建方法》，以刀具加工切宽为步距，采用残留退缩的方式进行插铣循环分层布点，未涉及型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法；申请号为CN201510824040.2的中国专利《一种工件的插铣加工方法》，和申请号为CN201410706728.6的中国专利《一种数控加工中插铣清角的方法》，均未对残高进行限制。

针对现有型腔侧壁插铣刀具路径以等侧向步距为插铣路径规划依据，难以保证插铣后侧壁残余材料的残高一致性这一实际问题，本发明拟设计一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法。

发明内容

本发明实施基础为等残高条件下插铣刀位点与型腔轮廓之间的几何关系。本发明的上述技术问题主要是通过两大步骤得以解决的。当已知当前插铣刀位点时，首先，计算等残高条件下残余材料尖点的位置，然后计算出下一插铣刀位点的位置。通过不断递进，实现型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划。

本发明为解决现有技术中存在的问题采用的具体技术方案如下：

一种基于侧向步距优化的型腔侧壁等残高插铣刀具路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、残余材料尖点位置计算；

步骤1.1、将型腔轮廓曲线向内偏置剩余切宽与刀具半径之和，得到的曲线为插铣刀位点所在的曲线，将型腔轮廓曲线向内偏置剩余切宽与残高设定值之和，得到的曲线为残余材料尖点所在的曲线；

步骤1.2、根据插铣刀位点和残余材料尖点所在曲线之间的关系，联立得到利用残余材料尖点所在曲线表示插铣刀位点所在曲线的函数关系；