一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法技术

本发明专利技术公开了一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法，该方法首先基于原始控制点，完成非可展直纹面构造；其次，采用原始两点偏置算法，等参数获取初始刀轴矢量，并求解对应侧铣区域的最大过切位置；而后以最大过切偏置位置及初始刀矢形成两分段矢量，计算求得权重因子；最后获得权重调整后的侧铣刀轴矢量。此外，该方法针对不同扭曲度位置计算得出权重因子不同，可更好地适应于非可展直纹面侧铣加工。本发明专利技术聚焦非可展直纹面侧铣加工误差，特别针对过切及单独定位刀具误差，完成了以最初刀轴矢量为起点，通过权重优化算法输出刀轴矢量的目的，提高了侧铣加工精度及效率，对现代机械制造加工领域提供了一定技术支持。机械制造加工领域提供了一定技术支持。机械制造加工领域提供了一定技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法


[0001]本专利技术涉及机械加工领域，具体涉及一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法。

技术介绍

[0002]非可展直纹面广泛应用于航空航天、能源化工等机械加工领域，作为功能性关键部件的几何特征表面，如压缩机、涡轮等，现代机械加工业的飞速发展对这类零件加工表面精度提出了更高要求。近20年来，研究人员一直致力于研究优化非可展直纹面的刀位轨迹，以最大限度降低设计表面与加工表面之间的偏差，实现高精度加工的目的。目前，针对非可展直纹面五轴数控加工的主要流行方式有球头铣刀点铣和圆柱、圆锥刀侧铣，点铣采用的是点接触方式，相对侧铣线接触的方式效率低下。而非可展直纹面因其特点，任何半径不为0的刀具对其进行侧铣都会产生理论性误差，包括过切与过欠误差，其中过切误差较难修复，而过欠可通过误差补偿技术使整体偏差降低，满足加工精度要求。
[0003]在非可展直纹面侧铣刀位规划算法中，最初算法是选取非可展直纹面直母线上点进行法向偏置，从而形成刀轴矢量，不同之处在于偏置点的数量选择上。相对单点偏置对叶根、叶顶均产生过切误差而言，两点偏置保证了叶根、叶顶处误差，但会在叶中处产生较大过切误差。三点、四点偏置则需首先建立两点偏置模型，而后通过滑移区间计算完整刀轴矢量，滑移区间的确定对导线插值加密程度提出了一定要求，同时求解方程及未知量也增多，这种算法相对准确，但在计算方面却较为复杂。随着刀位规划算法的不断发展，包络理论被提出，该理论首先基于点法向偏置获取初始刀轴矢量，而后通过最小二乘一致逼近等原则确定刀轴轨迹面，最终提高刀具包络面与设计曲面的拟合程度。包络理论的提出很大程度上降低了叶轮整体性偏差，但该方法只能在所有刀轴矢量已知时定义，难以单独定位刀具考虑误差分布，且方法与过程较为复杂，限制了其在工程实践中的应用。
[0004]综上所述，目前针对非可展直纹面侧铣已有多种优化算法，但在刀位规划过程中还需考虑其效率、操作简便性、工程实践性等因素。在此类基础科研方面，中国专利申请号为：CN201910294854.8的专利技术专利公开了一种非可展直纹面五轴侧铣加工刀位修正方法，该方法从实际刀轴扫掠面与偏置刀轴曲面的角度出发来修正刀位，但未考虑刀具单独定位及具体刀轴矢量产生误差的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是提供一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法。该方法首先基于原始控制点，进行三次均匀B样条曲线拟合加密处理，完成非可展直纹面构造；其次，采用原始两点偏置算法，等参数获取初始刀轴矢量；而后以初始刀轴矢量为基础，求解对应初始刀轴矢量下最大过切误差位置；通过初始刀轴矢量、最大过切误差位置偏置点形成两分段矢量；进一步在两分段矢量对应侧铣区域分别求解最大过切误差值，进行比较获得权重因子；最后以权重因子、最大过切位置偏置点及初始刀轴矢量获得权重调整后的侧
铣刀轴矢量。将上述步骤应用于等参数获取的所有初始刀轴矢量，即可获得非可展直纹面权重调整后所有刀位信息。此外，该方法针对非可展直纹面不同扭曲度位置能计算得出不同的权重因子，更好地适应于非可展直纹面侧铣加工。专利技术聚焦非可展直纹面在五轴侧铣过程中产生加工误差，特别针对过切误差及单独定位刀具考虑误差分布，结合非可展直纹面的构造特点，完成了以最初刀轴矢量确定为起点，通过权重优化算法输出刀轴矢量的目的，提高了非可展直纹面五轴侧铣的加工精度，对现代机械制造加工领域提供了一定的技术支持。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法，包括以下步骤：
[0008]1)根据给定非可展直纹面原始控制点进行三次均匀B样条曲线拟合，形成过渡光滑的曲面形式；
[0009]2)采用原始两点偏置算法，等参数获取初始刀轴矢量；
[0010]3)以初始刀轴矢量为基础，求解对应初始刀轴矢量下最大过切误差位置；
[0011]4)由初始刀轴矢量和最大过切误差偏置点形成两分段矢量；
[0012]5)在两分段矢量对应侧铣区域分别求解最大过切误差值，进行比较获得权重因子；
[0013]6)以权重因子、最大过切位置偏置点及初始刀轴矢量获得权重调整后的侧铣刀轴矢量，重复步骤3)
‑
5)获取全部权重调整规划刀矢；
[0014]7)采用权重调整规划刀矢完成非可展直纹面侧铣加工。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：
[0016]针对叶轮叶片，定义叶片从进口端到出口端为U向，叶根到叶顶为V向，采用三次均匀B样条曲线方法对原始控制点拟合加密，叶根、叶顶对应加密点连线，形成均匀过渡光滑的非可展直纹面；其中，非可展直纹面方程表示如下：
[0017]S(u,v)＝(1
‑
v)
×
C1(u)+v
×
C2(u),0≤u≤1；0≤v≤1
[0018]其中，S(u,v)表示非可展直纹面，C1(u)、C2(u)为非可展直纹面两条导线，均为三次均匀B样条曲线。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：
[0020]采用原始两点偏置算法，对步骤1)获得的两条三次均匀B样条曲线加密点，通过等参数法分别由同一起始位置向前推进选取侧铣刀触点，并将选取刀触点经法向偏置获得初始刀轴矢量；原始两点偏置算法，即同一直母线两点经法向偏置后对应相连形成刀轴矢量；单位法矢通过求解U向三次均匀B样条曲线方程偏导、V向单位矢量，二者叉乘得到。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方式如下：
[0022]以初始刀轴矢量为基础，求解最大过切误差位置，其中，求解过程涉及步长精度；初始刀轴矢量产生的最大过切位置位于叶中位置；为加快求解速度，先进行预设，然后由预设位置向两边进行探索，直至获得最大过切位置；而后，将最大过切点沿非可展直纹面的单位法矢进行偏置。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方式如下：
[0024]由非可展直纹面同条直母线的不同位置单位法矢不同特点，最大过切偏置点并不在初始刀轴矢量上，即初始刀矢与对应直母线并不平行，故分别连接初始刀轴矢量两点与
最大过切偏置点即可形成两分段矢量。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方式如下：
[0026]针对步骤4)所确定的两段分段矢量，在其所对应侧铣区域分别求解最大过切误差值，并通过两分段矢量的最大过切误差值计算权重因子。
[0027]本专利技术进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方式如下：
[0028]通过权重因子、最大过切偏置点以及初始刀轴矢量获得权重调整后的侧铣刀轴矢量，进而计算出新两点偏置点位，规划出满足要求的非可展直纹面刀轴矢量；其中，计算新刀轴矢量与新两点偏置点位的表达式如下所示：
[0029][0030][0031]其中，分别为两分段矢量，t为权重因子，为权重调整后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据给定非可展直纹面原始控制点进行三次均匀B样条曲线拟合，形成过渡光滑的曲面形式；2)采用原始两点偏置算法，等参数获取初始刀轴矢量；3)以初始刀轴矢量为基础，求解对应初始刀轴矢量下最大过切误差位置；4)由初始刀轴矢量和最大过切误差偏置点形成两分段矢量；5)在两分段矢量对应侧铣区域分别求解最大过切误差值，进行比较获得权重因子；6)以权重因子、最大过切位置偏置点及初始刀轴矢量获得权重调整后的侧铣刀轴矢量，重复步骤3)
‑
5)获取全部权重调整规划刀矢；7)采用权重调整规划刀矢完成非可展直纹面侧铣加工。2.根据权利要求1所述的一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法如下：针对叶轮叶片，定义叶片从进口端到出口端为U向，叶根到叶顶为V向，采用三次均匀B样条曲线方法对原始控制点拟合加密，叶根、叶顶对应加密点连线，形成均匀过渡光滑的非可展直纹面；其中，非可展直纹面方程表示如下：S(u,v)＝(1
‑
v)
×
C1(u)+v
×
C2(u),0≤u≤1；0≤v≤1其中，S(u,v)表示非可展直纹面，C1(u)、C2(u)为非可展直纹面两条导线，均为三次均匀B样条曲线。3.根据权利要求2所述的一种非可展直纹面权重调整侧铣刀位规划方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法如下：采用原始两点偏置算法，对步骤1)获得的两条三次均匀B样条曲线加密点，通过等参数法分别由同一起始位置向前推进选取侧铣刀触点，并将选取刀触点经法向偏置获得初始刀轴矢量；原始两点偏置算法，即同一直母线两点经法向偏置后对应相连形成刀轴矢量；单位法矢通过求解U向三次均匀B样条曲线方程偏导、V向单位矢量，二者叉乘得到。4.根据权利要求3所述的一种非可展直...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊宏周，雷伟鹏，王志恒，席光，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：