[发明专利]一种摆线轨迹与环切轨迹结合的型腔多刀具铣削方法

说明书

本发明公开了一种摆线轨迹与环切轨迹结合的型腔多刀具铣削方法，首先在CAD软件中读取型腔的外形轮廓信息，设置加工参数，包括可用的加工刀具序列，主轴转速以及切削的进给速度；然后生成型腔的中轴，并获取中轴上每点的最大内切圆的半径，以此建立最大内切圆半径函数；再使用蚁群算法，对加工刀具进行选取，得出最优加工刀具组合；最后使用摆线轨迹与环切轨迹结合的策略，生成最优加工刀具组合中各加工刀具的刀轨，并进行后置处理，输出到加工中心进行加工，既消除了环切轨迹中径向切深过大的问题，也避免了摆线轨迹在加工宽阔区域时加工效率低下的问题；使用蚁群算法进行最优加工刀具组合的选取，使得加工刀具选取的过程自动、准确、高效。

技术领域

本发明涉及机械加工的CAD/CAM技术领域，具体为一种摆线轨迹与环切轨迹结合的型腔多刀具铣削方法。

背景技术

在以往，对于型腔的铣削加工，由于换刀操作非常繁琐且十分耗费时间，一般只会使用一到两把刀具进行加工。但是近年来，随着加工中心在工业生产中的广泛使用，换刀操作变得十分方便快捷，为型腔的多刀具加工提供了基础。另一方面，随着机械加工的产业的发展，所需要加工的型腔也越来越复杂，只使用一到两把刀具会使得型腔的加工效率十分低下。

型腔的多刀具铣削的原则是根据型腔各处的可通过性，来确定各刀具的加工区域，且各个加工区域都会使用尺寸尽可能大的刀具。所以，此时加工刀具基本会处于铣削窄槽的状态。有研究表明，以环切等刀轨铣削窄槽会使得刀具负载突变，而使用摆线刀轨能够很好地避免这个问题，所以摆线刀轨将作为本方法的主要加工刀轨。另一方面，摆线刀轨在铣削非窄槽区域时，会出现加工效率下降的情况，所以此时环切刀轨会被引入以提高效率。

型腔的多刀具铣削的一个重要的问题是如何选取最优的加工刀具组合，以使得总的加工时间最短。目前的计算机辅助制造软件对加工刀具的选取，并不能有效地选取最优的加工刀具组合，还停留在只使用一到两把刀具进行加工的状态。

近年来有部分学者对最优的加工刀具组合的选取进行了研究，他们所提出的方法基本是使用枚举法或分枝定界法来进行刀具的选取，但是当可用的加工刀具的数目较多时，使用这些方法从中选出最优的加工刀具组合会造成十分巨大的计算量。

蚁群算法是一种模拟进化的智能算法，使用蚁群算法对最优的加工刀具组合进行选取能够快速准确地得出结果，特别是对于可用的加工刀具的数目较多的情况，能够极大地减少选刀的计算量。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种摆线轨迹与环切轨迹结合的型腔多刀具铣削方法，包括如下步骤：

步骤1：在CAD软件中读取型腔的外形轮廓信息，设置加工参数，包括可用的加工刀具序列，主轴转速以及切削的进给速度；

步骤2：生成型腔的中轴，并获取中轴上每点的最大内切圆的半径，以此建立最大内切圆半径函数；

步骤3：使用蚁群算法，对加工刀具进行选取，得出最优加工刀具组合；

步骤4：使用摆线轨迹与环切轨迹结合的策略，生成最优加工刀具组合中各加工刀具的刀轨，并进行后置处理，输出到加工中心进行加工。

作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤1中所述加工刀具序列是指若干把铣刀的集合，且其排列顺序为根据刀具直径从小到大排列。

作为本发明一种优选的技术方案，，所述步骤2中所述的型腔的中轴是指型腔轮廓构成的平面封闭区域内所有最大内切圆圆心的集合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤2中所述的最大内切圆半径函数是指，在中轴上定义一端点为基点，以中轴上每点到基点在中轴上的距离为自变量，以中轴上每点所对应的最大内切圆的半径长度为因变量的函数。