[发明专利]一种用于五轴数控加工的刀具轨迹防过切的方法

说明书

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，更具体地，涉及一种用于五轴数控加工的刀具轨迹防过切的方法，该防过切的方法是先快速地、精确地检测过切的具体位置，根据过切的位置进行相应的调整，从而实现防止过切。

背景技术

五轴数控加工由于其能得到比加工三轴数控加工更高的加工效率和更好的加工表面质量，被广泛应用于航空、航天、汽车、造船、模具等领域。

等参数线法以被加工曲面的等参数线作为刀具接触点轨迹来生成刀具路径轨迹。用等参数线法生成五轴加工轨迹加工复杂自由曲面时，最大的困难就是处理碰撞(Collision)和过切(Gouging)。碰撞指在加工时刀杆、主轴头和工件发生碰撞；过切指在加工时刀具底部的边缘部分切入本应该保留的部分。过切会加速刀具磨损，减少刀具寿命，并且对零件精度造成影响，甚至导致零件报废，因此防过切方法对于五轴刀具路径轨迹非常重要。

过切可以分为两种情况:前切(Local Gouging)、根切(Rear Gouging)。如图1所示，在加工过程中，沿刀具前进方向，刀具上靠近刀触点的区域发生的过切称为前切；刀具上远离刀触点的区域发生的过切称为根切。

在非专利文献《Fixed-Axis Tool Positioning with Built-in Global Interference Checking for NC Path Generation》、《一种NC加工中无干涉刀具轨迹的生成算法》中，均利用投影法来生成无干涉的刀具轨迹。其基本思想是，假设刀具在曲面上方的某个不干涉的初始位置，将刀具沿投影矢量曲面移动，直到刀具表面和被加工表面接触位置，接触点即为刀触点。投影之后得到的刀触点对应的刀位点一定不会与被加工表面发生干涉。该方法没有区分前切和根切，刀触点可能在刀具的根切区，加速刀具的磨损，降低了刀具的使用寿命，使加工零件的表面质量下降，部分待加工的区域没有被加工完全，导致零件还需进行抛光打磨等加工工艺。

在非专利文献《On local gouging in five-axis sculptured surface machining using flat-end tools》中，通过刀具的有效切削曲率和曲面的曲率比较确定是否需要调整刀具。该方法仅限使用于平底刀，且不适用于组合曲面。

在非专利文献《Admissible tool orientation control of gouging avoidance for 5-axis complex surface machining》中，用两个正交平面截取刀具和曲面，通过刀具的有效切削曲率和曲面的局部集合特征分析是否干涉，然后调整刀轴达到避免过切的目的。该方法其采用了离散的检测点来检测过切，并不能完全保证检测准确。该方法只考虑刀触点轨迹是可以圆弧逼近的，不具备通用性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于五轴数控加工的刀具轨迹防过切的方法，其中通过对其关键的过切种类判定方式、刀具刀轴的调整方式等进行改进，与现有技术相比通过刀具分区量化实现过切的分类(即过切是根切过切还是前切过切)，并根据预先判定的过切的具体位置(即过切是根切过切还是前切过切)，采用相应的调整手段防止五轴数控加工的刀具轨迹发生过切，并且，该方法不受刀具种类的限制，可适用于各种刀具类型。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于五轴数控加工的刀具轨迹防过切的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将刀具沿刀轴方向向曲面投影，并得出新刀位点、新刀触点：

以刀具底面的中心点作为参考点，记该参考点对应的空间坐标点为原刀位点；记所述刀具与所述曲面的初始接触的目标点为原刀触点；接着，通过使所述刀具沿刀轴方向移动投影距离将该刀具沿刀轴方向向曲面投影；当该刀具在投影过程中与所述曲面相切时，记该刀具与所述曲面相切的切点为新刀触点，并记此时的所述参考点对应的空间坐标点为新刀位点；

所述曲面为待加工工件的表面；

(2)检测所述新刀触点在所述刀具上的位置：

(2-1)根据刀具的前进方向、刀具的刀轴方向，计算分区向量X：

记沿所述刀具的刀轴方向的单位向量为T，所述刀具的前进方向的单位向量为F；定义单位向量Y，Y的方向与T×F的方向相同；接着，定义分区向量X，X＝Y×T；

(2-2)计算位置检测向量V：