一种基于偏心距优化的正交车铣宽行加工方法技术

本发明专利技术公布了一种正交车铣宽行加工方法，包括：（1）分别初始化刀触轨迹序号和其u向坐标；（2）获得刀触轨迹；（3）将刀触轨迹离散成为多个采样点，计算其优化加工行宽，并确定在此行宽下各个采样点对应的偏心距取值，并构建两者的函数关系；（4）将刀触轨迹离散成为多个刀触点，获得各刀触点对应的偏心距，进而获得刀触轨迹对应的加工轨迹；（5）根据该刀触轨迹和对应于该条刀触轨迹的优化加工行宽，确定下条刀触轨迹；（6）重复步骤（2）-（5）即可获得下条刀位轨迹和下一条刀触轨迹，循环执行直至产生的刀位轨迹遍历整张曲面。本发明专利技术通过对加工过程中偏心距的优化选择，增大了切削行宽，实现了加工轨迹衔接处残留高度的均匀分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数控加工中的刀位轨迹规划领域，具体涉及一种正交车铣宽行加工方法。
技术介绍
正交车铣加工方法是二十世纪八十年代初发源于西方工业发达国家的一种机械加工方法，该方法的主要特点是利用铣刀旋转和工件旋转这两种运动的合成来实现对工件的高效切削加工，使工件在形状精度、位置精度、表面粗糙度等多方面达到使用要求。目前，正交车铣加工方法已广泛应用于大型复杂轴类零件(曲轴、起落架外筒等)的制造，尤其在异形轴和不完整回转体等特征的加工中具有独特优势。 在正交车铣加工中，偏心距直接影响加工行距的大小，通过优化偏心距取值，能够在保证加工精度的前提下增大正交车铣加工行距，生成满足宽行加工的刀位轨迹，提高正交车铣加工工艺的加工质量和加工效率。目前在正交车铣加工方法中，偏心距是通过工件直径、刀具直径和加工精度这三个因素，代入相关公式计算得到，在此基础上生成正交车铣加工轨迹。这种偏心距确定原则由德国达姆施塔特工业大学的Schulz教授于1990年提出。在此基础上，Schulz教授提出了适用于圆柱面和圆锥面的正交车铣加工方法。1999年北卡罗来纳州立大学的Yuan-ShinLee 教授在((Computers in Industry))杂志上发表((Unfolded projection approach tomachining non-coaxial parts on mi 11-turn machines))一文，其中提出米用展开式投影法计算正交车铣加工自由曲面过程中的有效切削形状，给出了正交车铣中偏心距与加工行距之间的对应关系，为进一步研究正交车铣加工方法提供了基础。随着正交车铣加工技术的不断发展，其面向的加工特征已扩展到自由曲面(如凸轮轴工作面，曲轴曲轴颈，刀具联接型面)。在上述特征的正交车铣加工过程中，如果依然采用Schulz提出的正交车铣加工方法，存在着切削行宽沿加工轨迹分布不均匀的现象。这一现象会导致部分区域和重复加工和残留高度的不均匀分布，制约正交车铣加工效率和加工精度的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法通过计算正交车铣刀触轨迹上的优化切削行宽，确定刀触轨迹上各刀触点满足优化切削行宽的偏心距取值，根据正交车铣中刀位点与刀触点之间的位置关系，确定刀路轨迹，从而获得具有较大切削行宽的加工轨迹，即可进行正交车铣加工。实现本专利技术的目的所采用的具体技术方案如下，包括如下步骤(一 )初始化刀触轨迹序号i = I,第i条刀触轨迹的u向坐标Ui = Umin0( 二)根据设定的走刀方向和被加工曲面的参数方程r (u，V)，确定正交车铣刀触轨迹Si,其中被加工曲面的参数方程如下；r (u, v) = (I-U) g1 (v) +v g2 (v)其中U 与 V 为参数坐标,u G [Unlin, UmaJ，v G [Vnlin, VmaJ，Umin 和 Uniax 分别为参数 u的上界和下界，Vfflin和Vmax分别为参数V的上界和下界，gl (v)为第一条引导线的参数方程，g2(v)为第二条引导线的参数方程。将Ui代入参数方程r (U，V)中，获得刀触轨迹Si。(三)将步骤(二)中获得的刀触轨迹Si根据离散允差;离散成为Nsam个采样点SijjU = 1,2,3,…，Nsam),而Sy对应的参数坐标(Ui，Vj)中坐标乃可以通过下式确定Vj = Vmin+(j-1) (Vmax-Vmin)/(Nsam-I)； 再根据各采样点计算刀触轨迹Si的优化切削行宽Wi,并确定在切削行宽为Wi条件下各个采样点Sy对应的偏心距取值es(i,j)。然后，根据步骤(二 )中获得的各采样点Si, j的参数坐标Vj及对应的偏心距es(i,j)采用插值的方法构建两者之间的函数关系Fi,使函数关系满足es(ij = Fi(Vj)。(四)将步骤(二)中获得的刀触轨迹Si根据加工误差h离散成Msam个刀触点Ci,k(k= 1,2,3,…，MsaJ，而Ci,k对应的参数坐标(Ui，vk)中坐标vk可以通过下式确定vk = vmin+(k-1) (Vmax-Vmin)/(Msam-I)；再根据各刀触点Ci,k对应的参数坐标Vk和步骤(三)中获得的函数关系Fi，得到各刀触点处对应的偏心距ec;(i,k)，该值可通过下式确定ec(ijk) = Fi(Vj)(五)通过正交车铣中刀触点与刀位点之间的位置关系和步骤(四)中获得的各刀触点Ci,k的偏心距取值ec;(i,k)，确定各刀触点对应的刀位点ti,k位置矢量Tp<\k和轴线矢量Taxisi, k，获得加工轨迹Ti ；(六)根据步骤(二)中获得的刀触轨迹Si和步骤(三)中得到对应于该条刀触轨迹的优化切削行宽Wi，得到ui+1 = Ui+Wi，代入参数方程r (u，V)，得到刀触轨迹Si+1 ；(七)当ui+1彡Umax时，则i= i+l，转到步骤(二)中继续执行，否则结束，得到各条刀触轨迹，即可进行正交车铣加工。本专利技术以正交车铣中偏心距与切削行宽的映射关系为基础，建立了。该方法综合考虑了被加工曲面、刀具几何信息和偏心距对切削行宽的影响，计算加工轨迹的优化切削行宽，确定加工轨迹上各刀触点对应的偏心距，根据正交车铣中刀位点与刀触点的位置关系，形成刀路轨迹中各刀位点对应的位置矢量和轴线矢量，得到刀具加工轨迹。本专利技术中正交车铣偏心距的确定考虑了被加工自由曲面几何信息的影响，产生的刀路轨迹不仅可以增大切削行宽，同时可以改善残留高度的分布。本专利技术适用于正交车铣加工自由曲面,具有很好的普适性。附图说明图I是本专利技术方法的总体流程图；图2是本专利技术的计算优化加工行距和偏心距优化函数流程图；图3是本专利技术计算刀触点对应的刀位点的位置矢量和轴线矢量流程图；图4是本专利技术的刀具几何信息表达示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明本实施例中的，包括如下步骤(一)给定被加工曲面的参数方程r(U，V)，加工误差€、刀具几何信息TI c。曲面参数方程r(u, V)如下所示r (u, v) = (1-u) gj (v) +v g2 (v)其中U 与 V 为参数坐标，U G [Unlin, UmaJ，V G [Vnlin, VmaJ，Umin 和 Unlax 分别为参数 U的上界和下界，Vnlin和Vnlax分别为参数V的上界和下界，Umin> Umax> Vmin> Vmax四个参数限定了被加工曲面的加工范围。S1(V)为第一条引导线的参数方程，g2 (V)为第二条引导线的参数方程。刀具的几何信息TIc通过参数h，R2, R1, L，^2, 确定，TIc由上锥面TIuc，环面n T和下锥面n LC三者的曲面方程组成，如图4所示。其中上锥面n uc的曲面方程rue为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏心距优化的正交车铣宽行加工方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤 (一)初始化分别初始化刀触轨迹序号i为i= 1，以及第i条刀触轨迹的U向坐标为 Ui = Umin ； 其中u与V分别被加工曲面的参数方程r(u，v)的参数坐标，u e [umin,umJ,v e [vmin,VmaJ，Umin和Umax分别为参数U的上界和下界，Vmin和Vmax分别为参数V的上界和下界； (二)将第i条刀触轨迹的U向坐标Ui代入参数方程r(U，V)，得到正交车铣的刀触轨^Si ； (三)将所述刀触轨迹Si根据离散允差ζ离散成为Nsam个采样点Sy，其中j= 1,2，.3，…，Nsam,再根据各采样点Sy计算出刀触轨迹Si的优化切削行宽Wi,并确定在切削行宽为Wi条件下各个采样点对应的偏心距取值es(M)，然后根据所述采样点的V向坐标Vj及对应的偏心距e&.j)构建两者之间的函数关系Fi,使其满足=Fi (Vj)； (四)将所述刀触轨迹Si根据加工误差h离散成Msam个刀触点Ci,k，其中k= I，2，3，…，Msam,再根据该刀触点Ci, k对应的V向坐标Vk和所述函数关系Fi,得到刀触点Cu处对应的偏心距 ec(i,k)，即 ec(i,k) = Fi(Vj)； (五)通过正交车铣中刀触点Ci,k与刀位点之间的位置关系和所述偏心距ec;(i,k)，确定出各刀触点Ci,k对应的刀位点ti,k的位置矢量Tp<\k和轴线矢量Taxisi,k，进而获得该刀触轨迹Si对应的加工轨迹Ti ； (六)令ui+1= UjWi,代入所述参数方程r (u, V),得到下一条刀触轨迹Si+1 ； (七)当ui+1<umax时，令i= i+l，跳转到步骤(二)中循环执行，否则结束，进而得到各条加工轨迹，即可实现对加工曲面的正交车铣加工。2.根据权利要求I所述的一种基于偏心距优化的正交车铣宽行加工方法，其特征在于，所述步骤(三)中，采样点Siij对应的参数坐标(Ui，Vj)中V向坐标Vj可以通过下式确定 Vj = Vmin+(J-D (Umin)/ (U。3.根据权利要求I或2所述的一种基于偏心距优化的正交车铣宽行加工方法，其特征在于，所述步骤(三)中计算刀触轨迹Si的优化切削行宽Wi并确定在切削行宽为Wi条件下各个采样点Sy对应的偏心距取值es(id)的具体过程为 (1)设定各采样点Si,j对应的偏心距初始值es(i,」)=emax，其中emax为偏心距取值的上限； (2)计算各采样点&在对应的偏心距es(u条件下的切削行宽W(°)(M)，从中选择最小的切削行宽作为 W(°)min，即 W(°)min = min(ff(0)(ijJ))...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭芳瑜，王伟，闫蓉，段现银，张杏红，李斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：