一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统，该方法包括提取待铣削自由曲面零件的三维网格模型及铣削刀具模型；根据铣削残留高度要求，生成自由曲面零件上的等残高刀触点集合；计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，刀具切削区域的宽度；计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，两个刀触点的刀具切削区域宽度的变化大小；以刀触点为顶点，顶点用边相连，并以刀具切削区域宽度的变化大小为边的权值，构造有权无向图；计算遍历有权无向图所有顶点的顺序，该顺序使总的刀具切削区域宽度变化最小；调整每个离散刀触点的进给速度大小。通过减少铣削加工中切削力的变化，可以避免切削力突然变大造成的刀具损坏、工件破坏的发生。工件破坏的发生。工件破坏的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及切削加工自动化控制技术，具体涉及一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统。

技术介绍

[0002]随着自由曲面在各领域的应用日益广泛，人们对零件的表面形状精度、表面粗糙度以及亚表面损伤程度的要求不断提高。自由曲面零件广泛存在于航空航天、船舶、新能源等高端装备的核心零件中，如水轮机叶轮、大型风电装备叶片、储油罐壳体等，其制造水平是衡量国家工业发展水平和综合国力的重要标志。
[0003]自由曲面铣削加工作为曲面精加工工序，对于自由曲面的表面质量和精度有着至关重要的影响。目前的自由曲面铣削加工轨迹没有考虑铣削过程中切削力的频繁变化的问题。尤其在复杂自由曲面铣削加工中，切削力容易产生剧烈的突变，轻则影响自由曲面表面加工质量以及产生加工变形误差，重则影响刀具和加工装备的寿命。
[0004]关于使加工过程中的切削力稳定的问题，国内外许多学者都进行了深入的研究，目前主要的优化方法分为两种类型，一类为在线优化也即在加工过程中根据机床的相关参数或者传感器的测量结果通过反馈调节的形式来实时的调节加工参数来使切削力稳定；另一类为离线优化，即利用各种方式来对切削过程中的切削力进行预测，利用预测获得的结果对轨迹进行优化，进而调节加工参数或者设计加工轨迹形式来降低加工过程中切削力的突变。
[0005]专利文献CN106125666A公开了以切削力波动为约束的曲面加工刀具轨迹规划方法，该方法考虑加工过程中切削力波动对复杂曲面刀具寿命、加工质量的影响，通过对加工刀位点的再规划，以相邻刀位点间法向量夹角最小为基本轨迹规划原则，综合考虑了曲面几何特征及刀具轨迹拓扑形状对切削力的影响，在保证加工质量的同时提高加工效率。
[0006]当前的切削力稳定方法大部分都是通过优化进给速度、切削深度等工艺参数的方法进行的，对切削力剧烈变化时的控制效果有限。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统，通过减少铣削加工中切削力的变化，可以避免切削力突然变大造成的刀具损坏、工件破坏的发生。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：第一方面，本专利技术提供一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法，所述方法包括：提取待铣削自由曲面零件的三维网格模型及铣削刀具模型；根据铣削残留高度要求，生成自由曲面零件上的等残高刀触点集合；计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，刀具切削区域的宽度；
计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，两个刀触点的刀具切削区域宽度的变化大小；以刀触点为顶点，顶点用边相连，并以刀具切削区域宽度的变化大小为边的权值，构造有权无向图；利用全覆盖最短路径算法，计算遍历有权无向图所有顶点的顺序，该顺序使总的刀具切削区域宽度变化最小，按照该顺序连接获得的刀触点序列即为刀具加工轨迹；基于获得的刀具加工轨迹上每个离散刀触点的刀具切削区域宽度，调整每个离散刀触点的进给速度大小，使得每一个离散刀触点的刀具切削区域宽度与进给速度的乘积相等。
[0009]进一步地，所述等残高刀触点集合为：在自由曲面零件上，按一定的间距取覆盖整个零件的离散点集，且两个点的间距能保证此两点在铣削加工时，残留高度等于设定的残留高度要求值。
[0010]进一步地，所述相邻刀触点指的是：通过对自由曲面的等残高刀触点集合进行行列编号，行与列的序号相差不超过1的两个离散刀触点，为相邻刀触点。
[0011]进一步地，所述刀具切削区域宽度指的是：刀具在铣削过程中，刀具与被加工零件相交的体积，在垂直于铣削进给速度方向的截面的最大宽度。
[0012]进一步地，所述两个刀触点的刀具切削区域宽度的变化大小指的是两个刀触点对应的刀具切削区域宽度的差的绝对值。
[0013]进一步地，所述全覆盖指的是不间断地遍历图结构中所有的顶点；最短路径指的是遍历图结构中所有的顶点时，权值之和最小的顶点连接顺序。
[0014]进一步地，相邻的加工轨迹之间的残留高度根据加工刀具半径、加工曲面刀触点处曲率半径以及相邻刀具轨迹对应刀触点之间的距离计算获得，如下：。
[0015]进一步地，每个离散刀触点处，进给速度与切削区域宽度变化值的比例保持一致：；表示的是当前刀触点，表示的是相邻的另一个刀触点，为第个刀触点的进给速度，为第个刀触点的进给速度，为第个刀触点的切削区域宽度变化值，为第个刀触点的切削区域宽度变化值。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一所述方法的步骤。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。
[0018]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术通过减少铣削加工中切削力的变化，可以避免切削力突然变大造成的刀具
损坏、工件破坏的发生，因此可以使用更高的加工速度，提升加工效率。同时，减少了切削力的变化幅度和频率，对切削过程中振动的产生具有一定的抑制作用。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1提供的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法的流程图；图2为自由曲面上的等残留高度刀触点集合；图3为不同方向切削区域宽度计算示意图；图4为自由曲面切削区域宽度变化示意图；图5为自由曲面恒力铣削轨迹二维示意图；图6为自由曲面恒力铣削轨迹三维示意图；图7为本专利技术实施例2提供的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划系统的组成示意图。
具体实施方式
[0020]当前的切削力稳定方法大部分都是通过优化进给速度、切削深度等工艺参数的方法进行的，对切削力剧烈变化时的控制效果有限。而加工轨迹影响了切削的进给方向和加工的顺序，会大幅度地影响切削力的变化情况。因此，在加工轨迹规划的阶段就对切削力的稳定性进行优化，具有很大发展前景。为此，本专利技术提供了一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法及系统。
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0022]实施例1：参阅图1所示，本实施例提供的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法主要包括如下步骤：S101、提取待铣削自由曲面零件的三维网格模型及铣削刀具模型；具体的，获取待铣削加工的自由曲面零件的表面三角网格模型，并获取用于铣削加工的刀具模型中的类型、形状、尺寸等参数，用于后续材料去除率的计算。
[0023]S102、根据铣削残留高度要求，生成自由曲面零件上的等残高刀触点集合；在自由曲面零件上，按一定的间距取覆盖整个零件的离散点集，且两个点的间距可以保证此两点在铣削加工时，残留高度等于设定的残留高度要求值。
[0024]残留高度就是刀具加工过零件后,会留有未加工到材料,这样的材料离理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：提取待铣削自由曲面零件的三维网格模型及铣削刀具模型；根据铣削残留高度要求，生成自由曲面零件上的等残高刀触点集合；计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，刀具切削区域的宽度；计算每个刀触点向相邻刀触点移动时，两个刀触点的刀具切削区域宽度的变化大小；以刀触点为顶点，顶点用边相连，并以刀具切削区域宽度的变化大小为边的权值，构造有权无向图；利用全覆盖最短路径算法，计算遍历有权无向图所有顶点的顺序，该顺序使总的刀具切削区域宽度变化最小，按照该顺序连接获得的刀触点序列即为刀具加工轨迹；基于获得的刀具加工轨迹上每个离散刀触点的刀具切削区域宽度，调整每个离散刀触点的进给速度大小，使得每一个离散刀触点的刀具切削区域宽度与进给速度的乘积相等。2.如权利要求1所述的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述等残高刀触点集合为：在自由曲面零件上，按一定的间距取覆盖整个零件的离散点集，且两个点的间距能保证此两点在铣削加工时，残留高度等于设定的残留高度要求值。3.如权利要求2所述的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述相邻刀触点指的是：通过对自由曲面的等残高刀触点集合进行行列编号，行与列的序号相差不超过1的两个离散刀触点，为相邻刀触点。4.如权利要求1所述的最小切削力变化的自由曲面铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述刀具切削区域宽度指的是：刀具在铣削过程中，刀具与被加工零件相交的体积，在垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖昭洋，周雪峰，徐智浩，吴鸿敏，孙克争，唐观荣，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：