[发明专利]一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法

说明书

本发明一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法属于多轴数控超精密车削加工领域，涉及一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法。该方法基于现有的Z‑CX‑B四轴数控车床基本构型，添加W轴或Y轴作为第五轴，针对表面凹凸起伏的回转类零件，以单位时间扫过的弧长恒定为约束，使得主轴转过的不同角度而实现主轴变转速运动。确定复杂曲面零件的特征点集，通过计算W轴摆动角度和Y轴移动距离作为刀具切削点的变换量调整刀具工作后角，使得合成切削速度矢量方向始终沿Y轴负方向不变。该方法具有计算过程简单、计算效率高等特点，为改进和优化加工轨迹和工艺参数奠定基础，对提高复杂曲面零件的加工精度和表面质量具有重要意义。

技术领域

本发明属于多轴数控超精密车削加工领域，涉及一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法。

背景技术

因具有复杂几何特征的自由曲面零件超精密加工对于加工精度的要求较高，故在加工方式上多采用多轴数控车削来实现。然而，此类零件具有陡度大、表面凹凸特征明显等特点，车削加工中合成切削速度矢量频繁变化，导致实际切削的工作后角变化的幅度和速度较大，使得加工过程中的后刀面干涉问题尤为突出。因此，在变主轴转速的数控车削加工中，通过W轴摆动或Y轴移动来进行刀具切削点的合理变换，以保证合成切削速度矢量方向始终不变是有效解决车削加工后刀面干涉问题的重要途径。该方法为改进和优化加工轨迹和工艺参数奠定基础，对提高复杂曲面零件的加工精度和表面质量具有重要意义。

目前，国内外对于复杂曲面零件的车削干涉避障方法已有较多研究，但针对车削后刀面干涉避障方法鲜有报道。现有技术文献1“弯曲振动车削刀尖位置对于熨压特性的影响”，周辰等，机械设计与制造，2013，6:94-97，该文献从刀具结构的角度，说明增大刀具的名义后角使其大于临界后角，虽然一定程度地改善了后刀面干涉的问题，但也使得刀具强度降低，在后刀面与工件表面发生冲击熨压作用下发生崩刃；现有技术文献2“Toolinterference at workpiece centre in single-point diamond turning”，GuoqingZhang等，International Journal of Mechanical Sciences，2019，151:1-12，该文献提出将刀具中心高度调整至低于主轴轴线高度的位置，通过将后刀面与工件表面的分离来避免发生挤压，但这一方法将引入刀具偏心误差而导致加工精度降低，同时合成切削速度矢量频繁变化的问题也未得到改善，因此无法从根本上解决后刀面干涉的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有的超精密数控车削加工中合成切削速度矢量频繁变化的技术缺陷与不足，发明一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法，针对表面凹凸起伏的回转类零件，在Z-CX-B四轴数控车床基本构型的基础上添加W轴或Y轴作为第五轴，通过沿W轴摆动或Y轴移动对刀具切削点进行合理的变换调整刀具的工作后角，该方法可有效解决加工过程中的后刀面干涉问题。

本发明采用的技术方案是一种基于切削点变换的车削后刀面干涉避障方法，该方法基于现有的Z-CX-B四轴数控车床基本构型，添加W轴或Y轴作为第五轴，针对表面凹凸起伏的回转类零件，以单位时间扫过的弧长恒定为约束，使得该时间主轴转过的角度不同而实现主轴变转速运动，以此确定复杂曲面零件的特征点集，通过计算W轴摆动角度和Y轴移动距离作为刀具切削点的变换量调整刀具工作后角，分析W轴摆动和Y轴移动的行程范围、速度及加速度变化区间与曲面结构特征之间的关联关系，实现合成切削速度矢量方向始终保持沿Y轴负方向不变，克服现有的超精密数控车削加工中合成切削速度矢量频繁变化的技术缺陷与不足，有效解决加工过程中的后刀面干涉问题。方法具体步骤如下：

第一步组建五轴数控车床的构型；

超精密多轴数控车床的W轴或Y轴适用于加工非回转对称的、圆周方向有凹凸起伏结构的曲面，在Z-CX-B四轴数控车床基本构型的基础上添加W轴或Y轴作为第五轴。