[发明专利]五轴侧铣加工工艺参数设计方法

说明书

技术领域

本发明属于数控加工技术，尤其涉及曲面五轴数控侧铣加工方法。

背景技术

相对于传统的点铣加工，五轴侧铣加工效率一般十倍于五轴点铣加工，在航空发动机整体式叶轮、大型螺旋桨等叶片类空间曲面的五轴加工过程中，特别是粗加工和半精加工中，五轴侧铣加工方式比点铣加工有着明显的优势。

在五轴侧铣加工中，为高效和精密加工零件，首先要进行工艺参数设计，包括刀具路径规划、切削力计算和参数优化；

刀具路径规划，是由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，见文献《UG CAM实用教程》，(Ine U.S.编著，清华大学出版社，2003年)；切削力计算，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；工艺参数优化，是依据切削力阈值和加工过程稳定优化工艺参数，见文献《优化选取轴向和径向切削深度最大化无颤振下铣削加工材料去除率》，(Budak E.and Tekeli A.，Maximizing chatter free material removal rate in milling through optimal selection of axial and radial depth of cut pairs.CIRP Annals-Manufacturing Technology，54(1)：353-356，2005)；

零件加工精度、零件表面质量以及刀具磨损等都依赖于切削力的计算，计算加工中的切削力，是为了加工过程中刀具系统受力不超过设计阈值，并且应当保证切削力的平稳变化，以达到五轴侧铣加工的高效和高精度；其中切削厚度计算是计算切削力的关键。

现有的五轴侧铣瞬态切削厚度计算方法都是通过离散刀具切削区域，分配切削负载来实现的，见文献《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》(W.B.Ferry and Y.Altintas，2008.Virtual Five-Axis Flank Milling of Jet Engine Impellers-Part I：Mechanics of Five Axis Flank Milling，Journal of Manufacturing Science and Engineering，Vol.130/011005：1-11)，利用确定的刀具路径和工艺参数，将刀具切削区域分片，计算每片的进给和切削厚度，进而计算切削力。但是这种方法假定在每片切削区域中的进给和切削厚度是固定的，没有考虑五轴侧铣过程中由于刀具路径的变化引起的实际参与切削的负载在每点都是不同的，不能反映真实的加工状况，因此获得的五轴侧铣瞬态切削厚度和五轴侧铣切削力是近似的。

本发明在计算切削厚度时，需要计算刀具包络面和瞬时接触线，朱利民等，在文献《利用球族包络理论求解回转刀具扫描面解析表达式》(Zhu，L.M.and Zhang，X.M.and Zheng，G.and Ding，H.2009，Analytical expression of the swept surface of a rotary cutter using the envelope theory of sphere congruence，Journal of Manufacturing Science and Engineering，131/041017：1-7.2009，)中提供了计算刀具包络面的方法。孙家广等，在文献《计算机图形学》(清华大学出版社，1998年，第429页-433页)中提供了计算曲面与曲面交线的方法，计算瞬时接触线。

发明内容

本发明提供一种五轴侧铣加工工艺参数设计方法，解决现有工艺参数设计方法的切削力计算中，每片切削区域中的进给和切削厚度固定，不能反映真实加工状况的问题，以准确计算切削力，为精密、高效加工空间曲面提供可靠保证。

本发明的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：