[发明专利]一种基于轮廓中轴线的型腔高效螺旋铣削刀具路径规划方法

说明书

本发明提供一种基于轮廓中轴线的型腔高效螺旋铣削刀具路径规划方法，首先，计算各层刀具路径，通过对中轴线回路进行裁剪，由各点实际径向切宽计算圆盘，以这些圆盘的包络曲线作为各层刀具路径；然后，计算出螺旋铣削刀具路径，通过对相邻两层刀具路径进行线性差值，使得相邻两层刀具路径光顺连接，得到螺旋铣削刀具路径。本发明综合了螺旋铣削刀具路径和传统刀具路径各自的优点，所计算得到的刀具路径光顺平滑且刀具路径总长度短，适合于具有各种几何轮廓的型腔加工。

技术领域

本发明涉及一种铣削刀具路径规划方法，具体涉及一种基于轮廓中轴线的型腔高效螺旋铣削刀具路径规划方法。

背景技术

螺旋铣削刀具路径是一种高效去除材料的走刀方式，具有高的切削效率和低刀具磨损率，被广泛应用于型腔铣削加工。相对于传统铣削策略，如轮廓平行、zig-zag和单向平行等策略，螺旋铣削路径仅包含一次进退刀过程，且刀具路径平滑，避免尖锐拐角和自相交现象的出现，保证切削过程具有高进给率。同时，螺旋铣削刀具路径具有恒定的切削方向，仅存在顺铣或逆铣一种切削方向，径向切宽均匀变化，提高刀具的使用寿命，被证明是实现高效型腔铣削的有效手段。

现有螺旋铣削刀具路径规划方法中以控制最大径向切宽为约束，以获得光顺刀具路径为目标，进行刀具路径规划，所得到的螺旋铣削刀具路径各个位置处的径向切宽均不大于设定值。然而，对于具有狭长瓶颈特征的复杂型腔轮廓，需要不断增加螺旋刀具路径的层数，达到从狭长瓶颈一侧运动至另一侧进行材料去除，导致狭长瓶颈区域的刀具路径密集，实际切宽远低于设定值，最终使得整个螺旋铣削刀具路径的平均径向切宽低于设定值，造成刀具路径的总长度增加，降低加工效率。

经对现有技术的文献检索发现，申请号为200810207221.0的中国专利《型腔数控加工螺旋曲线轨迹规划方法》，其螺旋铣削刀具路径规划方法通过控制最大径向切宽生成光滑刀具路径，未涉及提升螺旋铣削刀具路径平均切宽方法；申请号为201510382824.4的中国专利《正三角网格螺旋型加工轨迹生成方法》中，也未对螺旋铣削刀具路径平均切宽进行提升。

因此针对现有螺旋铣削刀具路径难以满足具有狭长瓶颈特征的复杂型腔高效加工需求这一个突出问题，有必要设计一种基于轮廓中轴线的型腔高效螺旋铣削刀具路径规划方法，其能够有效解决传统螺旋铣削刀具路径应用在复杂型腔轮廓时平均径向切宽远小于设定值，刀具路径总长过长，加工效率低等问题。同时，也能够应用到具有简单轮廓的型腔的螺旋铣削刀具路径规划。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

本发明的实施基础为轮廓中轴线，由型腔轮廓所有局部内切圆圆心构成的树状结构，又称为轮廓中轴线树，包含分支的节点称为根节点，不包含分支的节点称为叶子节点，连接中轴线上两个点的曲线称为中轴曲线段。轮廓中轴线树可通过现有计算方法或文献直接求取。

一种基于轮廓中轴线的型腔高效螺旋铣削刀具路径规划方法，其特征在于：首先，计算各层刀具路径，通过对中轴线回路进行裁剪，由各点实际径向切宽计算圆盘，以这些圆盘的包络曲线作为各层刀具路径；然后，计算出螺旋铣削刀具路径，通过对相邻两层刀具路径进行线性差值，使得相邻两层刀具路径光顺连接，得到螺旋铣削刀具路径，具体步骤如下：

步骤1、基于轮廓中轴线计算各层刀具路径；

步骤1.1、以中轴线上具有最大内切圆的点为起点，根据现有技术求解型腔轮廓中轴线树，生成轮廓中轴线回路，并保留轮廓中轴线树中各点对应的内切圆大小和节点信息；

步骤1.2、根据轮廓中轴线回路、预先设定的切削参数(主要包括刀具直径、径向切宽、切削余量)计算刀具可达区域，除去刀具不可达区域，形成新的轮廓中轴线回路，以避免加工过程中刀具与型腔轮廓发生干涉；

步骤1.3、根据轮廓中轴线回路起点和切削参数确定刀具路径层数，遍历中轴线回路计算各点径向切宽；