[发明专利]一种基于参数化铣削力和稳定性约束的加工轨迹优化方法

说明书

本发明属于铣削加工领域，并具体公开了一种基于参数化铣削力和稳定性约束的加工轨迹优化方法。包括：考虑刀具刀轴跳动和刀具姿态变化情况，构建刀具切削力模型,同时构建铣削稳定性模型；以稳定性模型为约束，根据刀具切削力模型获取控制硬点的在不同刀具姿态和进给方向下的刀具切削力值，并以此进行刀具姿态的角度参数分级划分，从而构建参数曲面上的非控制硬点的角度参数分级模型；根据某个控制硬点的数字化角度参数分级表中对应的最优刀具姿态诱导一条理想刀具路径；以残留高度为约束，求取参数曲面所有刀具路径。本发明方法能规划出切削力相对较小的刀路，有利于提升工件表面质量、加工效率和刀具耐用度等。

技术领域

本发明属于铣削加工领域，更具体地，涉及一种基于参数化铣削力和稳定性约束的加工轨迹优化方法。

背景技术

在金属切削领域，理论研究主要针对切削中的一些现象及其引起这些现象本质原理的解释，如铣削力，加工稳定性，切屑形态与应力、应变和应变率等；而产业界更关注加工质量、效率、刀具磨损等。如何利用机理研究的结果和规律进行切削参数优化，进而改善加工工艺，是提高加工性能降低制造成本的重要手段。

基于切削力模型和加工稳定性模型，许多学者研究进给方向、刀具姿态和进给速度等切削参数对切削力的影响，用于提高加工精度、加工质量和多轴加工效率。加拿大University of British Columbia的Altintas等在CIRP 主题报告Virtual processsystems for part machining operations中，评论了加工过程仿真模型，并强调金属切削过程的力学和动力学模型需要集成到几何模型中。2016年，土耳其萨班哲大学Tunc等在CIRP Annals- Manufacturing Technology上发表文章Process simulation integratedtool axis selection for 5-axis tool path generation考虑加工稳定性、切削扭矩、主轴功率、刀具变形和表面粗糙度进行了五轴加工策略和参数优选的研究。2017 年，华中科技大学胡鹏程等在Computer-Aided Design上发表文章 Efficiency-optimal iso-planartool path generation for five-axis finishing machining of freeform surfaces考虑机床运动学约束的加工策略优化可以切实提高零件的加工效率。2019年，MohammadGhorbani等学者在International Journal of Advanced Manufacturing Technology上发表文章An analytical model for cutter-workpiece engagement calculation inball-end finish milling of doubly curved surfaces针对球头刀曲面铣削中的不同曲面特征对应的切触区域提出了一种迭代的快速高效的计算方法。2019年，M.Habibi等学者在J.Manuf.Sci.Eng.上发表文章Modification of Tool Orientation and Position toCompensate Tool and Part Deflections in Five-Axis Ball End Milling Operations通过刀轴矢量优化与刀位点的变形补偿，提高了叶片五轴加工的精度。相关研究最终给出的是特定条件下的加工策略，针对复杂曲面的加工精度、加工效率和刀具磨损问题，相关优化方法和优化策略还有待深入研究。

因此，本领域亟待提出一种基于参数化铣削力和稳定性约束的加工轨迹优化方法，以在保证加工稳定性和工件表面残余高度的前提下，规划出切削力相对较小的刀路，有利于提升工件表面质量、加工效率和刀具耐用度等。

发明内容