[发明专利]采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法

权利要求书

1、一种采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，包括步骤：

首先，将所述刀具工作面离散成一组足够密集的经线，并计算每条经线到工件设计曲面的最短距离，得到一组最短距离线段；

然后，将所述最短距离线段上位于刀具工作面上的点连接起来构成一条空间曲线，即特征线，将所述特征线上位于编程公差带内的部分作为有效特征线段，选取所述有效特征线段的全部或部分作为实效特征线段，将所述实效特征线段的两端点之间的距离在与刀具进给方向垂直平面的投影作为加工行宽；

之后，以所述加工行宽为刀位优化的目标函数，以所有经线到所述工件设计曲面的距离非负作为约束条件之一，构造出所述刀位优化的数学模型：

F＝w＝F(X)，式中，F为目标函数；w为加工行宽；X为待求刀位；

其中，X＝(α，β，γ，Δk₁，q_k)，式中，α、β、γ分别为刀具相对工件的三个转动自由度；Δ为编程控制误差；k₁为控制系数，该系数大于等于0且小于等于1；q_k为在所述刀具的经线上选择的连接点，该点用于与所述实效特征线段的加工起始点进行连接；

之后，利用优化模型求解算法对所述数学模型求解得到最优刀位。

2、根据权利要求1所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，所述实效特征线段通过以下方法确定：

首先，做所述工件设计曲面的两张等距曲面，将所述两张等距曲面中接近所述工件设计曲面的曲面作为参考设计曲面；远离所述工件设计曲面的曲面作为误差控制曲面，二者之间的距离为编程控制误差Δ；

其次，选定刀轨的规划方案，并根据该方案在所述参考设计曲面上确定一条曲线作为工件的第一参考线，在所述第一参考线上任一点外法线方向上取与该点距离为Δk₁的点作为所述实效特征线段的加工起始点，将所有的加工起始点进行连接作为工件的第二参考线；

然后，当从左向右逐行加工时，将所述有效特征线段上位于所述第二参考线以右的部分作为实效特征线段；当从右向左逐行加工时，将所述有效特征线段上位于所述第二参考线以左的部分作为实效特征线段。

3、根据权利要求2所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，所述刀轨的规划方案包括以下方案中的至少一种：

按照所述工件设计曲面的参数线走刀、按照所述工件设计曲面的截面线走刀、沿着所述工件设计曲面上的任意空间曲线走刀、沿着所述加工行宽最大的方向走刀、沿所述工件设计曲面的边缘线走刀。

4、根据权利要求1所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，当所述实效特征线段的两点附近有挡板时，所述约束条件还包括所述刀具上的所有经线到所述挡板的距离非负。

5、根据权利要求1所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，所述的约束条件还包括最大限制行宽。

6、根据权利要求1所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，所述的约束条件还包括以下至少一个条件：最大切削力、最大切削功率、表面粗糙度、加工变形量、加速度的变化范围、机床的运动参数范围。

7、根据权利要求1至6任一项所述的采用经线分划刀具的多坐标端铣加工刀位优化方法，其特征在于，所述目标函数还包括刀轨光顺处理，所述刀光顺处理的目标函数为F＝w₁d+w₂(θ_i±1-θ_i)²+w₃(ψ_i±1-ψ_i)²

式中，w₁、w₂、w₃为权重，θ_i、ψ_i分别为本行加工已经确定的一个参考刀位的刀轴的前倾角和侧倾角，θ_i±1、ψ_i±1分别为所述参考刀位的下一刀位的刀轴的前倾角和侧倾角，d为所述参考刀位的下一刀位的刀心点距本行加工的STURZ刀心线的距离。