[发明专利]五轴球头铣削表面纹理分类及对应刀具姿态范围确定方法

权利要求书

1.一种五轴球头铣削表面纹理分类及对应刀具姿态范围确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据五轴球头铣削的刀具姿态角设计s²组正交实验，建立五轴球头铣削表面纹理形貌仿真模型，提取每组仿真模型表面微单元网格点高度值；

S2、将每组仿真模型表面微单元网格点高度值作为数据集，根据聚类算法将s²组正交实验组分为K类，并得到K类表面纹理形貌；

S3、在K类中随机提取一类K_x类，并选取K_x类中一个倾斜角φ_x，确定其对应旋转角初始范围，扩大初始范围得到K_x类中所述倾斜角φ_x对应刀具旋转角范围；取K_x类中倾斜角φ_x对应某一刀具旋转角范围进行仿真，扩大倾斜角φ_x上下限得到旋转角范围对应倾斜角范围，得到K_x类中一组刀具姿态角范围；

S4、确定K_x类中非φ_x的其余倾斜角对应旋转角范围，得到K_x类表面纹理形貌对应全部组刀具姿态角范围；

S5、重复步骤S3～步骤S4，确定K类中所有类的全部组刀具姿态角范围，得到五轴球头铣削的表面纹理形貌分类及对应刀具姿态角范围；

所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、随机选择K类中的一类K_x类，并从K_x类中随机选择一个倾斜角φ_x，提取所述倾斜角φ_x所在五轴球头铣削表面纹理形貌仿真模型的序号和其相应旋转角，确定K_x类中倾斜角φ_x对应刀具旋转角初始范围或初始点，分别扩大初始范围或初始点上下限得到K_x类中倾斜角φ_x对应旋转角范围；

S32、取K_x类中倾斜角φ_x对应某一刀具旋转角范围，在其中选择旋转角θ_y与倾斜角进行组合仿真，分别沿倾斜角φ_x正负向扩大范围得到K_x类中该旋转角范围对应倾斜角范围，得到所有旋转角范围对应的倾斜角范围，进而得到K_x类中一组刀具姿态角范围；

所述步骤S31具体为：

S311、随机选择所述K类中的一类K_x类，并随机选择K_x类中的一个倾斜角φ_x，提取K_x类中倾斜角φ_x所在五轴球头铣削表面纹理形貌仿真模型的序号和倾斜角φ_x对应旋转角；

S312、将提取的倾斜角φ_x对应旋转角按照升序排列，并确定倾斜角φ_x对应旋转角初始范围或初始点；

S313、从所述倾斜角φ_x对应刀具旋转角初始范围内按步长Δθ₁选取k₁个旋转角，将其分别与倾斜角φ_x组合进行仿真，得到k₁组数据集，将所述k₁组数据集加入K类得到第一数据集；

S314、将所述第一数据集通过聚类分析判断k₁组数据集是否属于K_x类；

若是，则进入步骤S315；

若否，则判断k₁组数据集是否属于K类中的数据集；

若否，则将不属于K类的数据集作为新的一类加入K类中，将属于K类的数据集加入对应类别，返回步骤S312；

若是，则将属于K类的数据集加入对应类别，返回步骤S312；

S315、将当前的正确倾斜角φ_x对应刀具旋转角初始范围上限扩大Δθ或将初始点沿正方向扩大范围Δθ，并按步长Δθ₂在扩大后的初始范围选取k₂个旋转角，并将其与倾斜角φ_x组合进行仿真，得到k₂组数据集，将所述k₂组数据集加入K类中得到第二数据集；

S316、将所述第二数据集通过聚类分析判断k₂组数据集是否仍属于K_x类；

若是，则返回步骤S315；

若否，则判断k₂组数据集是否属于K类中的数据集；

若是，则将属于K类的数据集加入对应类别，并减小Δθ，判断所述Δθ大小是否能够大于1°；若是，则返回步骤S315；若否，则确定当前倾斜角φ_x对应旋转角范围上限或初始点正方向范围上限，并进入步骤S317；

若否，则将不属于K类的数据集作为新的一类加入K类中，将属于K类的数据集加入对应类别，并减小Δθ，判断所述Δθ大小是否能够大于1°；若是，则返回步骤S315；若否，则确定当前倾斜角φ_x对应旋转角范围上限或初始点正方向范围上限，并进入步骤S317；

S317、通过步骤S315～步骤S316确定当前倾斜角φ_x对应旋转角范围上限或初始点正方向范围上限的方法确定倾斜角φ_x对应旋转角范围下限或初始点负方向范围下限，基于确定倾斜角φ_x对应旋转角范围上限与下限或初始点正方向范围上限与负方向范围下限，确定K_x类中倾斜角φ_x对应旋转角范围；

所述步骤S312中，旋转角具体为倾斜角φ_x对应的旋转角或非倾斜角φ_x对应的旋转角；

确定倾斜角φ_x对应旋转角初始范围或初始点的方法具体为：

以所述升序排列第一个倾斜角φ_x对应旋转角为第一个初始范围上限；依次往后判断，若出现非倾斜角φ_x对应旋转角，则以前一倾斜角φ_x对应旋转角为该初始范围下限；跳过非倾斜角φ_x对应旋转角，继续以下一倾斜角φ_x对应旋转角为第二初始范围上限；

重复上述判断，找到其对应下限；

若出现某一初始范围上限和下限重合的情况，则此倾斜角φ_x对应旋转角为一个初始点；不断重复上述步骤至到确定所有初始范围(θ_it1，θ_it2)及初始点θ_i，其中i＝1，2…n，n为倾斜角φ_x对应初始范围及初始点总数，t1为所述初始范围(θ_it1，θ_it2)的最小旋转角，t2为所述初始范围(θ_it1，θ_it2)的最大旋转角；

所述步骤S32具体为：

S321、取K_x类中倾斜角φ_x对应旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)中的旋转角θ_y；其中，r为所述旋转角范围的序号，u1为所述旋转角范围的最小旋转角，u2为所述旋转角范围的最大旋转角；

S322、将当前倾斜角φ_x沿正向扩大范围Δφ得到对应所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)的倾斜角范围(φ_x，φ_x+Δφ)；

S323、按步长Δφ₁在倾斜角范围(φ_x，φ_x+Δφ)内取d₁个倾斜角，并与旋转角θ_y组合进行仿真得到d₁组数据集，并将其加入K类中得到第三数据集；

S324、将所述第三数据集通过聚类分析判断d₁组数据集是否属于Kx类；

若是，返回步骤S322；

若否，则判断d₁组数据集是否属于K类中的数据集；

若是，则将属于K类的数据集加入对应类别，并减小Δφ，判断所述Δφ大小是否能够大于1°；若是，则返回步骤S322；若否，则确定所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角正向范围上限，并进入步骤S325；

若否，则将不属于K类的数据集作为新的一类加入K类中，将属于K类的数据集加入对应类别，并减小Δφ，判断所述Δφ大小是否能够大于1°；若是，则返回步骤S322；若否，则确定所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角正向范围上限，并进入步骤S325；

S325、重复步骤S322～步骤S324确定所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角正向范围的方法确定所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角负向范围，基于所述旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角正向范围和负向范围，得到旋转角范围(θ’_ru1，θ’_ru2)对应倾斜角范围；

S326、重复步骤S321～步骤S325确定Kx类中倾斜角φx对应所有旋转角范围对应倾斜角范围，得到K_x类中一组刀具姿态角范围。