[发明专利]等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法

说明书

本发明等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法属于复杂曲面零件高精高效铣削加工技术领域，涉及一种等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法。该方法根据曲面几何特征和加工要求对曲面进行分区，确定相邻加工区边界，对不同加工区进行等残余高度的加工轨迹初规划。通过分析边界处几何特征，计算沿行距方向的短程线曲率半径和接刀行距，进而求解相邻加工区边界上任意点对应的刀触点及刀位点，将刀位点插值拟合构成刀位点边界。以刀位点边界为约束进行再规划，保证刀位点落在刀位点边界内部和边界上，并调整所有刀位点将再规划带来的误差实现均化。该方法适用于复杂曲面的分区变刀具加工，可减小接刀痕，提高加工质量。

技术领域

本发明属于复杂曲面零件高精高效铣削加工技术领域，涉及一种等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法。

背景技术

复杂曲面零件被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等各个领域，现今复杂曲面造型技术已逐步走向成熟，但如何实现复杂曲面零件高精高效加工仍是研究的热点和难点。随着曲面结构愈加复杂，常规采用统一工艺参数进行全域加工的加工方法适用度降低，特别是具有局部几何急变特征的复杂曲面零件。为满足局部几何急变复杂曲面加工精度要求、提高加工效率，实现基于几何特征及加工要求的曲面不同区域与加工刀具的匹配，往往曲面上不同的加工区需采用不同的加工刀具，即分区变刀具加工。然而，分区变刀具加工虽然可以避免加工过程不同加工区与刀具不匹配的问题、且极大提高加工效率，但在相邻加工区边界处易产生明显的接刀痕，导致加工精度无法满足加工要求。由此，迫切需研究一种等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法，以保证复杂曲面相邻加工区在采用匹配刀具加工时满足精度要求。

陈志同等人专利公开号CN101462239A的“双线驱动曲面宽行加工刀轨规划的方法”，该专利通过设置两条驱动线令每个刀位点对应的两个刀触点沿着这两条驱动线移动，使相邻加工轨迹在衔接处的包络特征线相切，可消除加工轨迹衔接处的尖锐残高。然而，该方法在确定第二驱动线时采用统一行宽，没有考虑曲面几何特征对加工残余高度的影响，加工效率低，因此具有较大的局限性。黎振等人的文献“模具型腔高效加工的分片轨迹规划研究”，天津工程师范学院学报，2010，20(1)，15-18，该文章根据曲面切削带宽方向的不同，采用聚类算法对复杂曲面进行分区，利用切削带宽函数在每个加工区内选择最优的首条加工轨迹，进而使用等残留高度法进行加工轨迹规划。然而，该方法仅考虑了每个加工区的加工轨迹规划，未对相邻加工区边界处的接刀痕问题进行探讨，具有一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明了一种等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法。规划方法中将曲面的不同加工区分别进行等残余高度的加工轨迹初规划，在相邻加工区边界处，根据曲面几何特征和接刀类型，对加工轨迹进行再规划，并将再规划对加工轨迹的影响均化到加工区的每一个刀位点，最终完成对整个曲面等残余高度的加工轨迹规划，由此有效减小相邻加工区的接刀痕，保证加工质量，实现了复杂曲面的高精高效加工。

本发明的技术方案是一种等残余高度的曲面分区变刀具加工轨迹规划方法，其特征在于，该方法根据曲面几何特征和加工要求对曲面进行分区，确定相邻加工区边界，对不同加工区进行等残余高度的加工轨迹初规划。通过分析边界处几何特征，计算沿行距方向的短程线曲率半径和接刀行距，进而求解相邻加工区边界上任意点对应的刀触点及刀位点，将刀位点插值拟合构成刀位点边界，以刀位点边界为约束进行再规划，保证刀位点落在刀位点边界内部和边界上，并调整所有刀位点将再规划带来的误差实现均化；方法的具体步骤如下：

步骤1，曲面分区及加工轨迹初规划

首先对曲面S(u,v)进行分区，根据复杂曲面几何特征及加工要求，对整个曲面进行划分，以此获得不同刀具对应的加工区。然后以最高加工效率为约束，对不同加工区选择与之相适的加工刀具，在等残余高度要求下，对每个加工区进行加工轨迹初规划。

步骤2，相邻加工区边界处接刀行距计算