[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

说明书

本发明公开了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，可以得到不同刀具姿态角加工下表面纹理形貌特征分类进而得到不同表面纹理形貌特征分类对应刀具姿态角范围。本发明的方法能够根据五轴球头铣削表面纹理形貌特征得到其对应刀具姿态角范围。

技术领域

本发明属于五轴铣削领域，具体涉及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。

背景技术

五轴机床能够实现较好的加工质量及精度并在实现复杂曲面加工方面具有独特优势，广泛应用于航天、航空、航海、汽车、国防等领域。五轴铣削加工最大的特点是具有五个能够相互联动的运动轴，其高自由度能够根据不同的表面特征灵活调整刀具姿态角，在铣削复杂表面时避免干涉。刀具姿态角的调整还能够避免零切现象，在延长刀具使用寿命和提高加工效率的同时获得更好的表面质量。然而五轴铣削加工中刀具姿态角对表面纹理质量及走势影响较大，刀具姿态角的改变可能会导致表面纹理突变。表面纹理形貌对工件精度及性能的影响不可忽视，尤其对高精密零部件至关重要。因此针对五轴铣削加工中刀具姿态角对表面纹理形貌影响的探究是必要的。

现有五轴铣削刀具姿态角影响工件表面形貌的相关研究中大多探究不同刀具姿态角对表面粗糙度的影响，并通过实验得到表面粗糙度较小时刀具姿态角范围。但是很少探究五轴铣削加工过程中刀具姿态角对表面纹理的影响，以及表面纹理约束下的刀具姿态角范围，加工表面纹理质量的预测缺乏参考且缺少合理的依据来减少或避免加工过程中表面纹理突变情况的发生。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的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解决了误差补偿过程中刀具姿态变化范围过大造成表面纹理形貌突变导致不合格的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：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，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。

进一步地：所述步骤S1中，刀具姿态角包括倾斜角和旋转角；

所述步骤S1具体为：基于五轴球头铣削的刀具的倾斜角φ和旋转角θ，选取刀具倾斜角范围(φ_l，φ_r)和刀具旋转角范围(θ_l，θ_r)并确定水平数s，设计s²组正交实验，进而建立s²组五轴球头铣削表面纹理形貌仿真模型，分别提取每组仿真模型表面微单元网格点高度值。

进一步地：所述步骤S1中，建立s²组五轴球头铣削表面纹理形貌仿真模型的方法具体为：