[发明专利]一种用于复杂曲面加工的高速精密加工方法

说明书

本发明提供一种用于复杂曲面加工的高速精密加工方法，涉及先进制造工艺与装备技术领域。该系统及方法首先获取加工零件的几何模型、刀具廓形图像、初始切削参数；根据待加工曲面特点，生成曲面加工刀具路径，并对生成的曲面加工刀具路径进行优化，得到最终优化的刀位轨迹；利用复杂曲面切削参数双神经网络优化算法以切削时间、能量消耗和加工零件的表面粗糙度为优化目标，建立复杂曲面高速加工切削参数优选模型，对初始切削参数进行优化，得到最优切削参数；对优化的刀位轨迹和优化的切削参数进行后置处理生成数控代码。本发明方法实现了复杂曲面高速加工的整体协调优化，提高了复杂曲面的加工效率和加工精度。

技术领域

本发明涉及先进制造工艺与装备技术领域，尤其涉及一种用于复杂曲面加工的高速精密加工方法。

背景技术

随着高速、高精数控加工中心的出现以及复杂机械产品的制造精度日益向极限状态接近，对数控加工的运动与几何规划方法已提出了近乎苛刻的要求，高速度、高精度运动生成与控制技术已成为高性能机械产品高速、高精、高效加工的核心技术。当前的复杂曲面数控加工规划多由操作者或者工艺人员凭借经验选择加工刀具，给定工艺参数和机床运动参数，加工路径规划通常借助UG或Pro/E等系统来完成，但这些系统只能作到对加工的仿真验证，还无法实现整体的协调优化。

事实上，根据曲面的特征、材料和毛坯的余量分布情况选择适宜的切削加工参数和机床运动参数以及加工路径形式和刀位轨迹等是紧密联系和相互作用的，必须经过整体的协调和优化才能保证工件的高效加工。例如，如果刀位轨迹上存在尖点而刀具仍然以较高的速度通过该点，则不可避免地产生惯性冲击和加速度跃动；同时，如果没有合理排布走刀轨迹，则因材料去除率的剧烈变化也势必影响加工的效率与质量。事实上刀位轨迹的几何特性与其运动特性间存在自然的联系，二者不是割裂的、孤立的。

在复杂曲面的高速精密加工中，加工轨迹的优劣直接影响曲面的加工质量，因此也成为复杂曲面高速精密数控加工研究的关键技术。然而，当前多从几何学或运动学等单一层面研究某一特定的问题，刀位轨迹的研究也多从单个刀触点的微分几何性质，较少从刀具包络面和被加工曲面的误差方面整体上优化刀位，更少考虑几何学、运动学及动力学性能的整体效应。

目前国内企业在加工复杂曲面零件(如叶片)时，确定刀具路径轨迹和切削参数时仍以传统的“试切”法和“经验”法为主，在加工某一新型材料时，往往需要使用多种刀具进行重复切削试验，研究分析刀具的磨损、破损方式及其原因，从中找出一组最佳的刀具材料和切削参数，如此反复多次，盲目性大，并且浪费大量的人力、财力和资源。国内的广大中小型加工制造企业迫切需要针对性强、操作简便、价格低廉、小型化的复杂自由曲面工艺规划系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于复杂曲面加工的高速精密加工方法，解决优化过程中加工规划各单元的耦合与权衡问题，从而提供在保证加工质量前提下高效率加工的各单元解决方案和策略，使各单元参数处于最有利的组合。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种用于复杂曲面加工的高速精密加工系统，包括输入模块、轨迹规划模块、刀位优化模块、参数优化模块、控制输出模块；

所述输入模块用于输入加工零件的几何模型、刀具廓形图像以及初始切削参数，输入模块的输出端分别与轨迹规划模块的输入端、刀位优化模块的输入端、参数优化模块的输入端相连接；所述切削参数包括主轴转速、进给速度、切削深度和切削宽度；

所述轨迹规划模块用于接收输入模块输出的加工零件的几何模型，并采用基于STL模型的自适应分层算法、基于迭代的等残留高度的刀具轨迹规划方法或自适应等参数线轨迹生成方法生成曲面加工刀具路径，轨迹规划模块的输出端与刀位优化模块的输入端相连接；