[发明专利]一种五轴铣削中刀具底刃刮蹭现象预测方法

说明书

本发明涉及一种五轴铣削中刀具底刃刮蹭现象预测方法，解决了五轴数控铣削过程中由于底刃刮蹭造成的切削力激增带来的不良加工影响。本方法能够识别刀具是否出现底刃刮蹭，判断刀轨是否适合加工，为工程技术人员提供参考。该方法可直接在CAD/CAM软件中实现，符合五轴数控加工中的实际情况，为底刃刮蹭现象的预测提供了理论依据。

技术领域

本发明属于多轴数控加工领域，特别涉及一种五轴铣削中刀具底刃刮蹭现象预测方法。

背景技术

五轴数控铣削技术作为一种高精度加工方法广泛应用于复杂航空航天产品的生产与制造中，与三轴加工相比增加的2个旋转自由度使得刀具与工件的相对运动关系更加复杂，因此五轴数控铣削这种先进技术也不可避免的存在加工轨迹复杂，切削参数选择困难，刀具磨损与破坏难以预测等问题。

在现有五轴数控铣削方法存在的问题中，突发性加值的典型航空航天的产品加工是毁灭性的灾难。工程技术人员由于缺乏科学的理论的切削力增大造成的刀具严重磨损以及剧烈的刀具颤振的缺陷，对于高精度、高附模型指导，往往依赖经验或采用极为保守的切削参数来规避这些问题，不仅降低了生产效率，也无法从根源上解决这些问题。

在复杂零件的五轴数控铣削中，由于刀具姿态的不断改变，被工件材料包围的底刃参与了材料的去除。其中底刃后刀面去除工件材料时，会形成一种特殊的加工现象，称之为“刀具底刃刮蹭”。这一现象与传统意义上的金属切削过程所谓发生机理上有着极大的不同。刀具底刃刮蹭正是造成刀具切削力激增，刀具严重磨损与刀具剧烈颤振的根本原因。

因此，准确预测加工过程中出现的底刃刮蹭现象，对于减少刀具磨损与刀具颤振，增加机床寿命，提高生产效率具有非常重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决五轴数控铣削过程中，由于底刃刮蹭造成切削力激增，从而带来的不良加工影响，本发明提出一种五轴铣削中刀具底刃刮蹭现象预测方法。

本发明的技术方案是：一种五轴铣削中刀具底刃刮蹭现象预测方法，包括以下步骤：

步骤1：计算机床运动量：定义相邻两个刀位点形成一个切削步；某个切削步的起始刀位点和结束刀位点所对应的机床运动量分别为[x_i y_i z_i A_i C_i]和[x_i+1 y_i+1 z_i+1 A_i+1C_i+1]，定义进给速度为f，则在该切削步任意时刻，机床运动量为：

其中t表示时间，Δt_i表示该切削步的机床插补时间，K_x表示机床X轴运动速度，K_y表示机床Y轴运动速度，K_z表示机床Z轴运动速度，K_A表示机床A轴旋转速度，K_C表示机床C轴旋转速度；参数对应表达式为：

步骤2：建立刀具坐标系刀工件坐标系的坐标系变换矩阵，其表达式为：

在加工过程中，刀具坐标系CS_t的原点始终与刀具刀心点重合，三个轴的方向与机床坐标系的三个轴平行，刀具的安装长度为L_T，机床的A轴与C轴的交点为轴点，轴点坐标系的3个轴与机床坐标系的三个轴平行，其原点在机床坐标系下的偏移量为(δx_i,z,δy_i,z,δz_i,z)；当机床旋转轴A＝0且C＝0时，工件坐标系与轴点坐标系各轴方向一致，其原点在机床处理器中的偏置为(δx_w,z,δy_w,z,δz_w,z)。