The present invention relates to a method of tool path generation for free-form surface turning by controlling point-driven projection. A plane perpendicular to the Z-axis of workpiece coordinate system is established at a certain distance ZD above the free-form surface to be machined in the workpiece coordinate system. An equidistant helix is generated in the plane and discretized. The discretized points are transformed into cylindrical coordinate systems (p, theta, zd) to be added. By rotating the angle of theta around Z axis, the minimum distance between the cutter edge curve at each point of the equidistant helix and the free surface to be processed after rotation along Z direction is obtained, and then the coordinates of the cutter control points are obtained (p, 0, ZD delta). The cutter described is a cylindrical lathe tool. This method gives priority to the projection drive path of tool control points, which ensures the smooth movement of tool along X direction. A general model of cylindrical diamond turning tool is established by this method, which is not limited to zero rake angle tool, and makes up for the shortcomings of traditional tool path design method.
【技术实现步骤摘要】
控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法
本专利技术属于超精密加工、复杂零件制造
,涉及一种控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法。
技术介绍
目前,在天文、通讯、微电子、及航空航天等领域中,随着光电子通信技术的快速发展,对光学系统的性能、成像质量和结构提出了更高的要求。传统光学系统需要采用多个光学元件来满足光学性能和成像质量的要求,增加了光学系统的尺寸和装配调试的难度。相比于传统的回转对称光学曲面,光学自由曲面具有极大的设计自由度,使用一个或少数几个自由曲面光学元件就可以代替多个球面或非球面光学元器件,在提高光学成像质量的同时,缩减了光学系统的尺寸,因此受到研究人员的广泛关注。在光学领域,光学自由曲面有其特定的内涵,通常是指没有特定回转轴的光学曲面。传统的加工手段精度、自由度都不能满足这一要求,配合超精密机床的单点金刚石车削方法能够加工多自由度光学曲面且一次成型,是目前应用最广泛的光学自由曲面加工方法之一。由于自由曲面的形状复杂性,超精密机床需要配合快速刀具伺服(FastToolServo,FTS)或者慢速溜板伺服(SlowSlideServo,SSS)系统来实现自由曲面的加工。现有的刀具路径设计方法是将一垂直与Z轴的平面螺旋线离散化后沿Z轴投影到待加工曲面上,生成刀具切触点序列,然后利用切触点法向量和刀具前刀面法向量进行刀具半径补偿,进而生成刀具控制点轨迹。然而,采用这种刀具半径补偿方法,随着曲面法线方向的变化,刀具的切削轨迹会在X方向产生往复运动。对于慢速溜板伺服加工,该方法会引入加工的不稳定性;对于快速刀具伺服加工,由于刀具只在Z向 ...
【技术保护点】
1.一种控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:在工件坐标系中位于待加工自由曲面上方一定距离zd处建立一垂直于工件坐标系Z轴的平面,在该平面内生成一等距螺旋线,并将其离散化,离散化后的点转换成圆柱坐标系形式(ρ,θ,zd),将待加工自由曲面绕Z轴旋转θ角,求取等距螺旋线上每一点处刀具刃口曲线与旋转后的待加工自由曲面沿Z向的最小距离δ,进而得到刀具控制点的坐标为(ρ,0,zd‑δ),所述的刀具为圆柱型车刀。
【技术特征摘要】
1.一种控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:在工件坐标系中位于待加工自由曲面上方一定距离zd处建立一垂直于工件坐标系Z轴的平面,在该平面内生成一等距螺旋线,并将其离散化,离散化后的点转换成圆柱坐标系形式(ρ,θ,zd),将待加工自由曲面绕Z轴旋转θ角,求取等距螺旋线上每一点处刀具刃口曲线与旋转后的待加工自由曲面沿Z向的最小距离δ,进而得到刀具控制点的坐标为(ρ,0,zd-δ),所述的刀具为圆柱型车刀。2.根据权利要求1所述的控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:所述方法应用于三轴车床,该车床具有两个直线运动轴及一个可控回转轴。3.根据权利要求1所述的控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:所述离散化的方法为等角度离散或等弧长离散或两种离散方法的组合。4.根据权利要求1所述的控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:所述圆柱型车刀的刃口曲线表达式如下:其中,α为刀具前角,β为圆柱倾斜角,r为圆柱半径,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的x坐标,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的y坐标,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的z坐标。5.根据权利要求1所述的控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法,其特征在于:具体步骤如下:步骤一、建立刀具坐标系OT-XTYTZT、工件坐标OW-XWYWZW系以及机床坐标系OM-XMYMZM;步骤二、设定刀尖位于刀具坐标系的原点,且刀尖点为刀具控制点,在刀具坐标系下建立刀具刃口曲线表达式:其中,α为刀具前角,β为圆柱倾斜角,r为圆柱半径,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的x坐标,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的y坐标,为刀具刃口曲线在刀具坐标系下的z坐标;步骤三、在工件坐标系下...
【专利技术属性】
技术研发人员:闫广鹏,游开元,房丰洲,
申请(专利权)人:天津大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。