[发明专利]一种环形刀宽行滚切清根加工方法

摘要

一种环形刀宽行滚切清根加工方法，有六大步骤；它首先构建环形刀与组合曲面相对运动的简化模型，将组合曲面底面与过渡圆弧之间切线的等距线离散成一系列点作为刀具的预定位点，并以此等距线为第一行刀轨的导动线；然后建立任意刀位点的驱动圆，使同一刀位点相邻行刀轨处的刀具中心始终在此驱动圆上运动，在无干涉前提下调整刀具位姿，以刀位点有效特征垂足线上靠近圆弧的端点与导动线的距离在给定精度范围内为约束条件，以加工行宽最大化为目标函数优化刀具俯仰角和偏航角，将刀具运动规划简化成两个自由度的问题；最后通过迭代判断确定本行刀轨的实效右边界线，以此边界线为下一行刀轨的导动线约束每个刀位的切点位置，完成刀具路径的合理编排。

主权项

一种环形刀宽行滚切清根加工方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：构建刀具‑曲面简化模型：对于由底面S3、侧面S1及连接二者的过渡圆弧S2组成的组合曲面区域，设S1和S2之间的切线为L12，S2和S3之间的切线为L23，S3在S2的右侧，当采用母圆半径为r、环心圆半径为R的环形刀加工S3时，建立S3的与之距离为r的等距面s3，同时设与L23对应的等距边界线为l23；其中，r小于等于S2的圆弧半径；步骤二：任意刀位的确定：将等距边界线l23离散成复数个点作为刀具的预定位点pi(i=1,……m)，并以曲面在该点的法线作为z1轴，以该点沿着l23的正方向切线矢量作为y1轴构建右手坐标系σ1，在x1‑z1平面上以pi点为圆心以R为半径构建驱动圆Oi，将σ1系绕y1轴转动β角建立坐标系σ2，令x2轴与圆Oi的交点为oi，将σ2沿x2轴平移到oi后绕其z2轴旋转γ角得到系σ3，在σ3的x3‑y3平面上做一以点oi为圆心且半径为R的圆c3，这样实现刀具在工件上的预定位；令σ3绕x3轴旋转α角建立坐标系σ4，以x4为轴以旋转oi为圆心以R为半径做圆c4，令σ4绕y4旋转Φ角建立坐标系σ5，此即刀具所在坐标系，即刀具环心圆c5中心位于点oi，刀轴矢量沿z5方向；按照上述步骤我们得到一个以pi为驱动点的任意刀位Pi，在该过程中，设计α、β、γ、Φ4个待定角度，其中α、Φ根据给定的几何协调条件直接求解，真正决定刀具位置差别的只有角度β、γ，β决定行宽，γ决定切点与边界线的距离，用于控制行与行之间的搭接；步骤三：建立工件局部坐标系：拾取点Pi为坐标原点，令边界线L23在Pi处的单位切向量为yw、曲面S3在Pi处的外法线为zw，利用右手法则叉乘出xw建立工件局部坐标系σw；令步骤二得到的系σ1与σw重合，实现刀具在工件上的二次定位；步骤四：行宽计算：将环心圆c5按照等圆心角间隔的方法离散成复数个点tk(k=1,……,N)，令qk为tk到s3的最短距离垂足点，连接tk和qk得到一组最短距离线段的集合构成了该刀位点的误差分布；建立误差分布函数E=E(β,γ)，确定刀具与工件的切点tc，从tc出发向左拾取在误差分布曲线上满足E=kΔ的点作为左端点ta，同理，向右拾取该曲线上满足E=Δ的点作为右端点tb，其中Δ为编程控制误差，k为控制系数，qa和qb分别为ta和tb在s3上的垂足，则qa和qb之间的距离在与刀具进给方向垂直平面的投影即为加工行宽；步骤五：建立刀位优化模型：以加工行宽最大化为目标，以刀位左端点qa到本行刀轨rj导动线的垂直距离di(qa,lj‑1,f)小于允许误差ξ为约束条件，构造出刀位优化的数学模型w*={max w(β,γ,ξ)|s.t.(β,γ,ξ)∈D}；其中，D={(β,γ,ξ)|min[Ei(β,γ)(i=1,……N)]≥0,di(qa,lj‑1,f)(i=1……m)|≦ξ}，依此求解刀轨rj上各点行宽；步骤六：刀轨规划：设s3的边界区域需要从左到右的n行刀轨rj(j=1…..n)，每行加工完成后都会留下一条实效右边界线lj,f，以此线作为下行刀轨的导动线；其中，等距线l23为刀轨r1的导动线，光滑连接各优化刀位的右端点qb得到刀轨rj的理论右边界线lj,b，根据该理论右边界线最窄处确定刀轨rj的实效右边界lj,f，以lj,f作为刀轨rj+1的导动线，约束rj+1上所有刀位切点的位置，重复步骤一至步骤六，直到遍历整个加工范围。