[发明专利]高端铝合金装饰型材模具型面数控加工光顺刀路生成方法

说明书

本发明提出了一种高端铝合金装饰型材模具型面数控加工光顺刀路生成方法，通过提升数控加工刀具路径的光顺度以及均匀性，进而实现铣削加工的高效、稳定和无残留。该刀具路径生成方法通过对工件进行网格化处理，并对网格进行加工边界、去除部分和保留部分的划分；然后分别针对封闭、开放以及含孤岛的不同几何特征，基于非稳态导热理论，采用不同的边界条件以及差分方程进行刀具路径的生成；通过Hausdorff距离计算方法来保障加工的无残余，提出了一种基于三次Hermite多项式插值的温度场传播规律迁移方法来保障刀具路径间行距的相对均匀性。

技术领域

本发明涉及数控加工领域，特别涉及一种高端铝合金装饰型材模具型面数控加工光顺刀路生成方法。

背景技术

随着高端铝合金装饰型材的美观度及功能要求的逐步提高，其内部结构和外形的设计也越来越复杂，直接导致了模具结构的日趋复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，高速数控铣削加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中，以在提升加工效率和刀具寿命的同时降低切削力。虽然高速数控铣削加工技术具有上述优点，但是目前用于铣削加工的刀具路径大多是采用如UG、Mastercam、PowerM i l l以及CATIA等商用CAM软件进行生成的离散直线段(G01)和圆弧线段(G02)等小线段构成的，而由于离散小线段路径的连接处往往是不连续的，因此机床在经过小线段路径的拐角处时必须进行快速减速并重新加速以避免产生过大的向心力，这会极大地影响加工效率。尤其在高速或高曲率加工场合中，离散小线段路径中锋利的拐角以及较高的加工速度将会对机床驱动系统造成极大冲击，导致切削系统的颤振，进而导致刀具磨损加剧、加工质量恶化等不良后果，甚至会导致型材模具工件的报废。

为解决上述问题，进而提升数控加工的效率与质量。近年来，大量的数控铣削光顺刀具路径生成及优化方法被提出，大致可分为直接生成光顺刀具路径和离散刀具路径光顺后处理两种类型。离散刀具路径后光顺后处理方法是针对已经采用商用CAM软件得到了刀具路径，通过用样条曲线对路径进行全局或者局部光顺来提升路径光顺度的方法，其主要难点在于光顺误差的控制以及刀轴矢量和刀尖点坐标的同步变化处理，这类方法不仅严重依赖商用CAM而且流程较为复杂；直接光顺刀具路径生成方法则不用依赖于商用CAM软件，采用基于距离的优化或者调整方法直接生成光顺的刀具路径，但是一般存在通用性差或者优化调整方法复杂的问题。仍然没有一种通用性强、原理简单易懂、流程简单易行的光顺刀具路径生成方法，即在不需要任何额外的优化或者调整的情况下保障刀具路径的光顺、均匀、无交叉、无尖点、无残留。

针对现有刀具路径生成方法中存在的问题，为适应高端铝合金装饰型材模具高速铣削加工的迫切需求。受到非稳态导热过程中热量随着时间推进逐步扩散并覆盖整个物体现象的启发，发现等温线的扩散过程几乎是平行推进的，等温线形状与环切刀具路径的特征极其相似，且等温线普遍具有光顺非交叉的特点，因此只需要适当的控制生成刀具路径的行距并依据不同几何特征类型进行适当处理即可得到理想的刀具路径。

发明内容

本发明的目的是提供一种高端铝合金装饰型材模具型面数控加工光顺刀路生成方法，其优点是升数控加工刀具路径的光顺度以及均匀性，进而实现铣削加工的高效、稳定和无残留。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：高端铝合金装饰型材模具型面数控加工光顺刀路生成方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、对加工工件型面进行网格化处理，并根据工件的形状对网格进行加工边界、去除部分和保留部分的划分与定义；

步骤二、分别针对封闭、开放以及含孤岛的不同几何特征，基于非稳态导热理论，采用不同的边界条件以及差分方程计算得到各个时刻下网格的温度分布；

步骤三、基于步骤二中得到的各个时刻的温度分布，计算每个时刻网格温度场的等温线，并提取每个时刻特定温度的等温线，以此作为参考刀具路径；