[发明专利]一种曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法

说明书

本发明一种曲面子区域环切加工刀具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，涉及一种基于等残高法的曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法。该方法限定加工子区域边界处残余高度，根据其几何特征和刀具交点类型构造临界刀触点曲线，基于等残高法沿行距方向生成理论/实际刀触点。建立内环弧长误差计算模型并分类，确定待修正区域，经灵敏度分析计算理论刀触点修正距离，沿行距方向修正理论/实际刀触点。计算走刀方向总弧长误差，经灵敏度分析计算刀触点弧长变动量/调整量，沿走刀方向确定修正实际刀触点，完成刀具轨迹再规划。该方法适用于复杂曲面分区环切加工，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，涉及一种基于等残高法的曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法。

背景技术

随着航空航天、能源动力、汽车船舶等重大工程领域的飞速发展，局部几何急变类复杂曲面关重件在各种高端装备中得以广泛应用。由于此类零件面型复杂且有局部几何急变特征，传统统一工艺参数整体加工方法难以满足此类零件的高质高效的制造需求。为满足此类零件加工质量与加工效率的双重要求，往往根据几何特征的差异，开展零件区域分割和子区域刀具轨迹规划。子区域刀具轨迹规划包括行切走刀和环切走刀两种走刀方式。然而，现有方法在将环切加工刀具轨迹规划运用到分区加工过程中时，多采用由周边到中心的刀具轨迹规划模式，将子区域边界作为刀具轨迹外环，易导致边界处刀具轨迹重叠率过高，引起表面残余应力急增，加剧刀具磨损；而经外环递推的刀具轨迹内环难以保证该处残高误差满足加工要求，易导致各子区域内环处加工误差超差，甚至出现明显接刀痕，严重制约复杂曲面零件加工质量的全面提高。由此，迫切需要研究一种基于等残高法的曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法，以保证复杂曲面分区环切加工子区域边界处及内环处的加工质量。

李静蓉等人专利公开号CN106647634A的“集成环切轨迹与变半径摆线轨迹的型腔加工轨迹生成方法”，该专利采取外轮廓向内偏置、内轮廓向外偏置的方式构建环切走刀轨迹，基于环切加工材料去除率进行区域分割，并以材料去除率为约束分区域规划环切轨迹和摆线走刀轨迹，有助于提升加工效率，并延长刀具使用寿命。然而，该方法未考虑环切加工区域边界处加工质量问题，且双向偏置刀具轨迹易在加工区域内部出现刀具轨迹拼接不当的问题，造成加工误差超差甚至产生接刀痕，因此对提升复杂曲面高质高效加工具有局限性。文献“Parameter-based spiral tool path generation for free-form surfacemachining”，Takasugi，Precision Engineering，2018，52,370-379，提出了一种基于参数化加工区域边界的螺旋刀具轨迹生成方法。该方法设计虑及刀触点间距的参数化曲面加工区域内部刀具轨迹生成算法，由加工区域内部向边界处快速计算得到螺旋刀具轨迹，可以有效地保证复杂曲面内部区域的加工质量。然而，该方法极易引起加工区域边界处接刀不当，进而诱发边界处加工误差超差及明显接刀痕，因此不适用于分区域变工艺参数加工过程，具有一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明了一种曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法。根据曲面几何特征，基于等残高法构造临界刀触点曲线并完成环切加工刀具轨迹初规划，建立内环弧长误差计算模型并确定待修正区域，沿行距方向修正理论刀触点完成刀具轨迹修正，求解实际刀触点沿行距方向/走刀方向的修正距离，均化内环弧长误差，最终实现刀具轨迹再规划。由此在确保边界加工质量的前提下，有效减小子区域内环处的接刀痕，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曲面子区域环切加工刀具轨迹规划方法，其特征在于，该方法限定加工子区域边界处残余高度，根据其几何特征和刀具交点类型构造临界刀触点曲线，基于等残高法沿行距方向生成理论/实际刀触点。建立内环弧长误差计算模型并分类，确定待修正区域，经灵敏度分析计算理论刀触点修正距离，沿行距方向修正理论/实际刀触点。计算走刀方向总弧长误差，经灵敏度分析计算刀触点弧长变动量和调整量，沿走刀方向确定修正实际刀触点，完成刀具轨迹再规划。方法的具体步骤如下：