[发明专利]平底铣刀加工凸轮廓平底型腔的等切宽刀具轨迹生成方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种平底铣刀加工凸轮廓平底型腔的等切宽刀具轨迹生成方法。

背景技术

刀具运动轨迹算法与数学模型是实施数控加工的关键技术，零件加工的准确性只能在正确合理的刀具路径前提下才能予以保证。刀具路径的合理规划直接关系到切削效率、加工质量以及加工成本，而且还影响机床和刀具的使用寿命。

型腔加工中刀具轨迹生成主要有行切法和环切法。按照平底型腔的形状分类可以分为圆形腔、方形腔、不规则型腔等。现有的行切法和环切法，都可以对平底型腔生成有效的加工轨迹，行切法的优点是计算简单，主要以一系列的直线作为加工轨迹。环切法以一圈圈的主要以外轮廓的向内等距的闭合曲线为加工轨迹，但是计算较复杂。两种方法的不同点是行切法的进给路线比环切法短，但行切法将在每次进给的起点与终点间留下残留面积，而达不到所要求的表面粗糙度。

以上两种方法，都没有办法在加工过程中有效的控制切削过程中的切削宽度。在平面平底铣削中，如果切深和切削速度都保持恒定，则切宽便决定了切削过程中的切削效率和机床的输出功率，也决定了刀具上承载的负载的大小。生成能对加工过程中切宽进行控制的刀具轨迹，使加工过程中的切宽基本保持恒定，就可以有效的提高加工的效率和保护机床和刀具。

发明内容

本发明提供一种专用于平底铣刀加工凸轮廓平底型腔的刀具轨迹生成方法，所述方法包括如下步骤：

第一步，设定刀具半径R和切宽W，并使得刀具直径大于切宽。

第二步，找到要加工的平底型腔的外围凸轮廓的最大内切圆，该最大内切圆的圆心O为刀具的第一个下刀点。

第三步，以所述的圆心O为极坐标系的原点，做螺旋线，螺旋线的公式为θ值的范围是从0到螺旋线刚好将凸轮廓完全覆盖时的弧度值，设为maxAngle，所以螺旋线中，弧度θ值的范围为0到maxAngle。

第四步，螺旋线在弧度θ从0变大到完全覆盖凸轮廓的过程中，螺旋线会与凸轮廓相交，从而被凸轮廓截断成很多段，对包含在凸轮廓内部的螺旋线段，按照θ值从小到大的顺序排列。

第五步，以凸轮廓和在凸轮廓内部的螺旋线段为限制，生成刀具轨迹。

具体的规则如下：

以从θ为0开始的螺旋线段开始，让刀具沿着螺旋线段为限制加工，直到与凸轮廓外轮廓相交，然后沿着凸轮廓的外轮廓为限制加工直到再遇到螺旋线段，再沿着螺旋线段为限制加工；重复前述过程，直到将整个轮廓加工完，整个过程中，刀尖移动的轨迹便是所求的刀具轨迹。

第六步，对生成的轨迹中的空行程段进行优化，结束。

本发明的优点在于:

1.相比于以前的方法，可以有效的通过切宽控制切削效率，加工过程的可控性增强；

2.切宽得到有效控制，机床输出功率基本保持稳定；

3.可以有效地保护机床刀具。

附图说明

图1为本发明提供的刀具轨迹生成方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明设计了一种适用于平底铣刀加工凸轮廓平底型腔的等切宽刀具轨迹生成方法，所述刀具轨迹生成方法可以有效的控制加工过程中切宽的变化，使其尽可能的稳定在设定的切宽值。如图1所示，所述的刀具轨迹生成方法具体包括如下步骤：

第一步，设定刀具半径R和切宽W，并使得刀具直径大于切宽。

第二步，当加工时，首先找到要加工的平底型腔的外围凸轮廓的最大内切圆，该最大内切圆的圆心O为刀具的第一个下刀点。

第三步，以所述的圆心O为极坐标系的原点，做螺旋线，螺旋线的公式为其中R为刀具半径，W为设定的切宽值，θ为螺旋线上任意一点的弧度。θ值的范围是从0到螺旋线刚好将凸轮廓完全覆盖时的弧度值，设为maxAngle，所以螺旋线中，弧度θ值的范围为0到maxAngle。

第四步，螺旋线在弧度θ从0变大到完全覆盖凸轮廓的过程中，螺旋线会与凸轮廓相交，从而被凸轮廓截断成很多螺旋线段，这些螺旋线段分为两种，一种包含在凸轮廓内部，一种是在凸轮廓外部。在凸轮廓外部的螺旋线段对刀具轨迹没有约束作用，所以不会被利用。对包含在凸轮廓内部的螺旋线段，将这些螺旋线段按照θ值从小到大的顺序排列，方便后面生成轨迹。

第五步，以凸轮廓和在凸轮廓内部的螺旋线段为限制，生成刀具轨迹。具体的规则如下：