[发明专利]一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法

权利要求书

1.一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法，其特征在于，包括步骤：

S1基于轮廓中轴线计算椭圆路径；

S1.1根据轮廓边界信息计算初始轮廓中轴线，并保留中轴点对应的内切圆半径、圆心信息和与边界切点信息；

S1.2根据切削参数计算刀具可达区域，形成新的轮廓中轴线，根据根节点或叶子节点之间的连接关系将新的轮廓中轴线划分为若干分支；根节点指轮廓中轴线中包含分支的节点；叶子节点指轮廓中轴线中不包含分支的节点；

S1.3在新的轮廓中轴线下，选定最大根节点作为下刀点，对应的内切圆用螺旋铣路径加工；最大根节点指轮廓中轴线上具有最大内切圆半径的根节点；

S1.4选定由最大根节点出发的任一分支，以最靠近最大根节点的中轴点为起点，利用设定的切削参数计算起点对应的椭圆刀具路径；

S2基于切宽阈值确定有效椭圆刀具路径；

S2.1在选定的分支内，沿根节点到根节点或根节点到叶子节点方向，计算路径间的最大切宽，保留最接近但小于切宽阈值的下一条路径参数信息与对应中轴点信息；

S2.2重复步骤S2.1，直至遍历完分支内所有中轴点；

S2.3重复步骤S2.1和S2.2，遍历刀具可达区域内的所有分支，确定有效中轴点并记录相应刀具路径，获得完整的有效椭圆刀具路径；刀具可达区域指在满足切削参数约束和避免与型腔轮廓发生干涉的条件下，刀具能够去除型腔轮廓内材料的区域；

S3摆线铣削非切削路径规划；

S3.1计算分支内部非铣削路径；

S3.2计算分支间的非铣削路径；

步骤S1.4具体方法为：

针对除去刀具不可达区域后获得的新轮廓中轴线，选定任一分支，以最靠近最大根节点的中轴点为起点，其内切圆向内偏置刀具半径距离后得到新的圆，以及外切点T₁、T₂向内偏置后得到的新切点M₁、M₂，利用新的轮廓中轴线上中轴点的内切圆半径、圆心信息及边界接触点信息，根据切削参数和自定义比例系数c，计算过新切点的椭圆路径，新切点M₁、M₂之间的椭圆路径即为椭圆刀具路径

计算椭圆刀具路径所需的参数包括，内切圆圆心O_c到两新切点M₁、M₂的垂直距离x，内切圆圆心O_c到椭圆圆心O_e的距离d，且满足d＝xc，c为自定义比例系数，内切圆向内偏置刀具半径后的圆半径R，椭圆刀具路径参数短半轴a、长半轴b通过和计算，离心角θ，通过计算；

椭圆刀具路径是以内切圆圆心O_c为原点的局部坐标系下获得的椭圆刀具路径，需要利用坐标转换矩阵将其转换为全局坐标，其中，和代表局部坐标系x和y轴在全局坐标系下的单位方向向量，有效椭圆刀具路径上的任意一点P的全局坐标，通过将以内切圆圆心为原点的局部坐标系下获得的椭圆刀具路径进行坐标变换得到，其中α为有效椭圆刀具路径上任意一点对应的离心角。

2.如权利要求1所述的一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法，其特征在于：在步骤S2.1中，切宽阈值是与切削参数相匹配的所使用刀具允许的最大径向切削宽度，有效椭圆刀具路径是在切宽阈值的约束下，以最靠近最大根节点的中轴点为起点，沿根节点到根节点或根节点到叶子节点方向，遍历刀具可达区域内所有中轴点，保留满足切宽阈值限制的对应的刀具路径。

3.如权利要求1所述的一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法，其特征在于：在步骤S3.1中，在中轴线各分支内部，根据获得的相邻切削路径起点和终点，利用埃尔米特插值法生成过渡路径曲线，保证过渡曲线与边界曲线相切。

4.如权利要求3所述的一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法，其特征在于：在步骤S3.2中，在各分支间，为保证刀具进退刀轨迹的光顺性，采用埃尔米特插值法，利用相邻或由同一根节点出发的分支路径的最初起点和最后终点生成过渡路径。

5.如权利要求4所述的一种基于轮廓中轴线的型腔椭圆摆线铣削刀具路径规划方法，其特征在于：各分支内部和各分支间的非切削路径计算中所需的参数包括，第i条椭圆刀具路径终点对应的单位法向量第i+1条椭圆刀具路径的起点对应的单位法向量决定埃尔米特曲线形状和影响过渡路径长度的相关系数k_e和k_s，埃尔米特曲线的基函数分别为f₀(t)＝(1+2t)(t-1)²，f₁(t)＝(3-2t)t²，f₂(t)＝t(t-1)²，f₄(t)＝(t-1)²t²，t是曲线的自变量，非切削路径为：