[发明专利]一种切削效能约束刀具姿态的加工方法

说明书

本发明属于铣削加工制造领域，并公开了一种切削效能约束刀具姿态的加工方法。该加工方法包括(a)设定刀具加工中参数，分别计算刀具在不同姿态下的最大切削宽度；(b)计算刀具旋转一周的最大切削力和切削材料体积，然后计算切削效能；(c)分别计算刀具在不同姿态下各自对应的切削效能确定最优刀具姿态，并生成相应的加工刀路，待加工工件在最优刀具姿态下按照加工刀路加工待加工工件。通过本发明，弱刚性多轴工艺系统在无需添加辅助硬件设备情况下，实现切削效能约束下的高效率加工，节约经济成本，且该方法适用于球头刀和非球头刀端铣加工，适用范围广。

技术领域

本发明属于铣削加工制造领域，更具体地，涉及一种切削效能约束刀具姿态的加工方法。

背景技术

弱刚性铣削加工系统，如机器人铣削系统、整体式螺旋桨叶片等薄壁类零件、深腔模具加工中必须使用的细长型刀具等，在加工过程中由于切削力的作用，加工系统产生的挠曲变形是影响加工精度和效率的关键因素，变形量预测与补偿是改善加工精度问题的有效措施，减小加工过程中工艺系统的变形量是提高加工效率有效方法，减小变形量的方法主要有两种，一种是改善工艺系统的结构并提升其刚度特性，另一种是减小加工过程中的切削力的方法。

通过改善工艺系统结构的方式提升其刚度特性，需要对加工设备进行改进，成本高昂；通过减小加工过程中的切削力减小变形量，只需要改进加工工艺方法，具有很好的经济性；对现有技术的文献检索发现，Lacalle等人发表的《Toolpath selection based onthe minimum deflection cutting forces in the programming of complex surfacesmilling》(刊物《International Journal of Machine Tools&Manufacture》,2007,47(2):388-400)通过最小变形力规划刀路和刀具姿态，用于改善模具型腔加工的成型误差，具体方法是在自由曲面五轴加工中，使用切削力阈值控制刀具变形力选择刀具姿态和切削方向，最小变形力对球头刀的刀具姿态优化取得较好的加工效果，但是不同姿态下圆角刀的切触区域及其在进给方向的投影面积变化巨大，切削力会随着不同姿态的瞬时切削量变化而变化，通过切削力优化得到的圆角刀刀具姿态可能是切削量最小的刀具姿态；Geng L等人发表的《Optimization of cutter posture based on cutting force prediction forfive-axis machining with ball-end cutters》(《The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology》,2015,78(5):1289-1303)通过识别不同刀具姿态下产生的最小变形切削力，获取球头刀只有球头区域参与切削时的最佳刀具姿态。基于Ozturk等人的研究《Investigation of lead and tilt angle effects in 5-axis ball-end milling processes》(《International Journal of Machine Tools&Manufacture》,2009,49(14):1053-1062)和Budak等人的研究《Improving 5-Axis Milling OperationsUsing Process Models》(《Mm Science Journal》,2012,2012(4):359-365)，非球头刀切削力约束的刀具姿态优化需要在等材料去除率的条件下进行，总之，目前为止，没有一种既适用于球形刀也适用于非球形刀的约束方法优化刀具姿态。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种切削效能约束刀具姿态的加工方法，通过对计算切削效能选取最优刀具姿态，由此解决适用于球形刀和非球形刀的刀具姿态优化的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种切削效能约束刀具姿态的加工方法，其特征在于，该加工方法包括下列步骤：