[发明专利]五轴侧铣加工工艺参数设计方法

权利要求书

1.一种五轴侧铣加工工艺参数设计方法，包括刀具路径规划步骤、切削力计算步骤和工艺参数优化步骤，所述刀具路径规划步骤，由CAM商业软件或CAM自由软件生成NC代码，NC代码包括离散参考点和刀轴矢量离散点；所述切削力计算步骤，先由NC代码生成连续刀具路径，由连续刀具路径得到切削厚度，再根据切削深度、进给率和切削厚度计算切削力；所述工艺参数优化步骤，判断计算出的切削力是否不大于设计阈值，是则将NC代码、切削深度和进给率作为输入参数，否则转刀具路径规划步骤，重新生成NC代码；其特征在于：

所述切削力计算步骤包括下述子步骤：

(1)计算刀具路径：将NC代码，拟合成连续的刀具路径，刀具路径由参考点曲线和刀轴矢量曲线组成；

(2)计算刀具包络面：根据刀具路径和具体的刀具几何计算刀具包络面，通过文献《利用球族包络理论求解回转刀具扫描面解析表达式》中提供的计算刀具包络面解析表达式的方法，得到刀具包络面解析表达式，所述刀具几何为刀具的几何形状和尺寸；

(3)计算瞬时接触线：由刀具包络面解析表达式和工件毛坯几何，通过文献《计算机图形学》中提供的计算曲面与曲面交线的方法，计算瞬时接触线；所述工件毛坯几何是指工件毛坯实体的几何形状和尺寸；所述瞬时接触线是指在在某个时刻，工件毛坯和刀具包络面的实际接触曲线；

(4)计算切削厚度：由瞬时接触线计算接触线上离散点的切削厚度，所述切削厚度是指瞬时接触线上离散点到本次切削前工件毛坯外轮廓上对应垂足的距离；

(5)计算切削力：由切削厚度、切削深度和进给率，通过文献《飞机发动机叶轮虚拟五轴侧铣加工，第一部分：五轴侧铣加工切削力》中提供的计算切削力的方法，计算切削力。

2.如权利要求1所述的五轴侧铣加工工艺参数设计方法，其特征在于：

所述子步骤(1)中，参考点曲线采用非均匀有理样条曲线拟合方法，将NC代码中的离散参考点r₁，r₂，…r_i…，r_m+1拟合为一条参考点曲线r(t)，该曲线为NURBS曲线，其中t是自变量，为时间或距离；

所述子步骤(1)中，刀轴矢量曲线拟合过程如下：

(1.1)求解四元数Q_i：

Qi=12(1+pix)(cosφ+lsinφ)(l+piy1+pixj+piz1+pixk),i=1,2,···,m+1,]]>

其中，m+1为四元数的个数，为自然数；φ是l轴自由转角，p_i为NC代码中的刀轴矢量离散点，p_ix，p_iy和p_iz是p_i的三个分量；l，j和k分别是x，y和z轴的单位向量：

p_i＝p_ixl+p_iyj+p_izk，l=100,]]>j=010,]]>k=001;]]>

(1.2)生成四元数曲线Q(t)：对于四元数点Q₁，Q₂，…，Q_m+1，通过文献《NURBS》中的方法进行插值，生成Bézier四元数曲线其中为Bézier控制点，为伯恩斯坦基底多项式；

(1.3)生成刀轴矢量曲线R(t)：

刀轴矢量曲线R(t)表示为：

R(t)＝Q(t)p₁Q^-1(t)；

式中，Q^-1(t)为Q(t)的逆，p₁为NC代码中的第一个刀轴矢量离散点。

3.如权利要求1所述的五轴侧铣加工工艺参数设计方法，其特征在于：

所述子步骤(4)计算切削厚度，过程如下：

(4.1)首先按文献《微分几何》给出的等参数法将工件毛坯X网格化成9片，计算瞬时接触线上的任意点p到各个网格节点之间的距离，找到最小距离d₀所对应的节点X₀；

(4.2)在工件毛坯X上以节点X₀作为初始点X_b，将d_o作为初始距离d_b，进行过程(4.3)；

(4.3)计算工件毛坯X在X_b点的切平面将点p投影到切平面上，得到垂足p_b；

(4.4)在切平面上取点p_b+1＝X_b+s(p_b-X_b)，常数s＝0.005～0.01，将点p_b+1投影到工件毛坯X之上，得到垂足X_b+1，求出点p到垂足X_b+1之间的距离d_b+1；

(4.5)判断是否|d_b+1-d_b|≤0.005mm，是则将d_b+1即作为任意点p的切削厚度，退出计算，否则转过程(4.6)；

(4.6)将X_b+1作为初始点X_b，将d_b+1作为初始距离d_b，转过程(4.3)。