[发明专利]一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计与制造技术领域，特别涉及一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法。

背景技术

批花图案在首饰、打火机、手表以及一些饰品的设计中经常采用。传统的批花加工是由人手动操作批花机床运动来实现的。这种加工方式对于操作人员的技术要求较高，并且生产效率较低，产品的一致性较差，不利于产品的批量生产安排。随着社会的发展和消费者需求的提高，传统的生产方式逐渐不能满足生产的需要。为满足现代化生产的需要，用五轴数控机床代替传统加工方式成为未来的发展趋势，但是由于批花刀是用侧刃加工，而五轴联动加工的刀具路径点在刀具底端的中心，加工点与刀具路径点不重合，使得调整刀轴控制点的方向时，很难想象出产品的加工效果，从而使刀具路径很难满足产品的加工要求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有方法的不足，提供一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法，实现用五轴联动数控机床进行批花加工。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法，包括：

步骤a，根据应用产品的几何数据构造出产品的几何形状曲面；

步骤b，在平面上设计出批花的形状曲线，并根据设计的批花形状定义出批花刀的截面形状；

步骤c，根据批花刀的截面形状定义一把锥刀，保证该锥刀刀尖的加工效果和批花刀侧刃的加工效果相同；

步骤d，根据设计的平面批花形状曲线生成锥刀刀尖加工的五轴路径；

步骤e，通过加工模拟预览加工效果，判断是否满足设计要求；如果与设计形状存在差异，调整五轴加工路径，直到加工效果满足产品设计要求为止；

步骤f，将平面批花的锥刀加工路径映射到步骤a所构造的曲面上，转为曲面批花的锥刀加工路径；

步骤g，通过锥刀和批花刀的对应关系将锥刀刀尖加工的路径转换为批花刀侧刃批花加工的路径。

优选的，上述一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法，步骤d中所述的五轴路径的生成方法是：先指定曲线上一些关键控制点处的刀轴方向和深度，曲线上其他点处的刀轴方向和深度由相邻的两个关键控制点处的刀轴方向和深度插值得到，其具体过程为：

d1．在轨迹曲线上指定若干关键控制点，并按照产品要求设定关键控制点的刀轴方向和深度；

d2．根据每个关键控制点的刀轴方向，计算出各关键控制点的仰角和方位角。其中，仰角是指刀轴方向与水平面之间的夹角，角度范围是－90°～+90°；方位角是指刀轴方向在水平面上的投影方向与X轴之间的夹角，角度范围是0°～360°；对于竖直的刀轴方向方位角无效，只由仰角表示；

d3．根据各关键控制点的仰角和方位角分别插值计算出各路径点的仰角和方位角；

d4．根据d3中得到的仰角和方位角分别计算出各路径点的刀轴方向；

d5．根据各关键控制点的深度插值计算出各路径点的深度，生成五轴路径。

优选的，步骤e中所述的调整五轴加工路径是通过调整关键控制点的位置、方向和深度来实现的。

优选的，上述方法中所述的关键控制点处的方向和深度，可借助锥刀在设计平面上的截面线的形状来设定和调整。

优选的，上述一种五轴数控机床批花加工路径的生成方法，步骤f包括：

f1．计算曲面U向和V向等参数线的最大长度lu和lv；

f2．在路径平面上构建一个矩形，矩形的两条边分别与X轴和Y轴平行，矩形的X方向和Y方向的边长分别为lu和lv，矩形相对于平面路径的位置与曲面相对于批花的位置一致；

f3．将平面矩形区域与一个二维参数区域对应起来，矩形的左下角点对应参数（0，0）点，矩形的右上角点对应参数（1，1）点，矩形内的平面路径根据每个路径点的二维坐标可以得到一组对应的参数值（u，v）；

f4．根据得到的每个路径点的二维参数值（u，v），在曲面上可以得到一个对应的坐标点，即为曲面上的路径点坐标；

f5．在曲面上的路径点处构建一个局部坐标系，曲面上的路径点作为坐标系的原点，曲面在该点的法向作为坐标系的Z轴方向，根据产品实际需要选择曲面在该点的U向等参数线的切向作为X轴方向，再根据Z轴和X轴的方向计算出Y轴的方向；或者选择曲面在该点的V向等参数线的切向作为Y轴方向，再根据Z轴和Y轴的方向计算出X轴的方向；

f6．将平面上路径点的刀轴方向向量V（i，j，k）作为曲面上对应路径点处局部坐标系里的向量，再将该向量换算到世界坐标系，即为曲面上路径点处的刀轴方向。