[发明专利]三维修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床加工领域的刀具轨迹规划方法。

背景技术

由于对尺寸精度及光顺度要求高，修边刃口是冲压模具成型零件的关键部分。为了保证刃口轮廓的光顺度，目前最常用的方法是：在计算刀具路径前，首先将刃口轮廓的二维NURBS曲线进行光顺处理，用G1连续的直线和圆弧表示；然后对光顺后的刃口轮廓进行圆弧插补运算，得到二维刀具轨迹。由于刃口轮廓被光顺为G1连续，因此这种方法可以很好的保证刃口轮廓的光顺度，但是光顺工作量大，而且二维程序不能动态跟踪刃口的三维形状，所以数控加工过程中自始至终需要人工手动调节Z向高度。这种方法加工效率低，操作者劳动强度大，不能实现刃口的高效自动数控加工，严重影响模具的生产周期和成本。

NURBS曲线具有很好的光顺性，完全满足G1连续性要求，并且可以表达复杂三维空间曲线。但NURBS曲线插补并不适用于刃口轮廓加工，首先NURBS曲线插补精度不高，加工质量不稳定；其次对数控机床要求高，需要机床有NURBS插补功能，加工成本高，难以广泛使用。

刃口轮廓加工对程序要求非常特殊：因为采用侧刃铣刀加工，而且刀刃部分比较长，所以轴向精度要求不高，刀位点Z向数值对加工精度没有影响，只要刃口能被刀刃切削到即可。但由于冲裁间隙比较小，所以径向尺寸精度要求很高，要求误差在0.01mm以内，而且必须是G1连续以保证刃口的光顺度，这也正是刃口轮廓大量采用二维圆弧插补的原因。螺旋运动方式在X-Y平面内是圆弧运动，在Z方向是直线运动，完全可以满足刃口轮廓的加工要求。虽然现在绝大多数数控机床都提供螺旋插补指令，但由于现有CAM软件的局限，螺旋指令仅用于螺旋式进出刀或螺纹、封闭槽等螺旋角固定的简单特征加工，针对三维修边线的螺旋插补数控加工刀具轨迹生产方法目前未在CAM软件中使用。

发明内容

本发明提出了一种在水平方向和刀轴方向采用不同精度进行三维修边刃口螺旋插补的数控加工刀具轨迹生成方法。其中，水平方向采用高精度双圆弧插补，不仅保证了刃口轮廓的尺寸精度，也很好的保证了刃口轮廓的光顺度；刀轴方向采用低精度直线插补，以便进行分段插补。

本发明是通过下述技术方案实现的。

一种三维修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹生成方法，包括以下步骤：

步骤1，以三维修边线、侧铣刀、刃口高度、刃口间隙等为输入参数；

步骤2，将三维修边线投影到X-Y平面得到二维修边线；

步骤3，对二维修边线进行高精度双圆弧插补得到G1连续的直线和圆弧序列；

步骤4，对插补得到的直线和圆弧序列进行二维偏置，得到二维刀具轨迹；

步骤5，对二维刀具轨迹进行自相交检查并优化刀具轨迹；

步骤6，对三维修边线沿-Z方向偏置一个刃口高度H求出三维的下刃口曲线；

步骤7，对下刃口曲线进行低精度的直线插补，然后对二维刀具轨迹进行分段并求出相应的刀具轨迹Z向数值，而得到三维修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹。

该方法运算简单，在保证加工精度的同时实现了修边刃口轮廓的三维数控加工，提高了加工效率并降低了操作人员的劳动强度，具有极其广阔的市场前景。

附图说明

附图为本发明生成修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程。

如附图所示，为本发明生成修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹的示意图，已知修边刀1上的三维修边线3(一般为空间曲线，图中借助实体便于表达)和侧铣刀2，6为二维修边线，7是二维刀具轨迹线，4是三维修边线沿Z向下三维偏置一个刃口高度得到的下刃口线，5是最终生成的修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹。

本实施例提供了一种三维修边刃口的螺旋插补数控加工刀具轨迹生成方法，包括以下步骤：

步骤1，以三维修边线、侧铣刀、刃口高度、刃口间隙等为输入参数：已知三维修边线的曲线参数P(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))^T，t∈[a，b]；