[发明专利]一种基于加工公差反推刀位点公差和刀轴矢量公差的方法

说明书

本发明属于铣削加工领域，并公开了一种基于加工公差反推刀位点公差和刀轴矢量公差的方法。该方法包括下列步骤：(a)预设刀具半径，刀具圆角半径及刀具轨迹加工公差；(b)建立刀触点、刀位点与刀轴单位矢量的关系方程；(c)假设刀具前倾角固定为30°、加工误差由刀具沿刀触点法矢方向偏移产生,建立加工误差与刀位点误差、刀轴矢量误差之间的关系式；(d)求解刀位点公差和刀轴矢量公差。本发明根据已知的加工公差，自动计算出刀位点和刀轴矢量合理的公差；实现经由五轴轨迹的精度控制，严格保证零件的加工精度。

技术领域

本发明属于铣削加工领域，更具体地，涉及一种基于加工公差反推刀位点公差和刀轴矢量公差的方法。

背景技术

复杂自由曲面因为特殊的构造和要求，传统三轴数控机床已经不能满足其加工要求。复杂自由曲面形状复杂，通常对精度要求高，如果采用三轴联动方式加工，有可能产生过切或欠切，而无法完成加工。

五轴加工工艺合理，效率高，是实现复杂自由曲面零件加工的重要手段。相比于三轴加工，五轴加工增加了两个旋转轴，刀具相对于工件的位姿在加工过程中随时可以调整，使刀具保持最佳的切削状态，有效地避免加工干涉。五轴刀具轨迹是影响五轴加工效率和质量的重要因素，直接影响刀具寿命和机床损耗。

刀具轨迹计算中，需要严格控制GOTO点的密度。计算三轴刀路时，GOTO点表示的小线段由CAM软件按照加工公差将原始曲线离散获得，GOTO点的密度由加工公差决定，而五轴刀路计算GOTO点密度由刀位点与刀轴轨迹的公差决定。

五轴刀具轨迹通常用小线段表示，而小线段表示的刀具轨迹很难满足数控加工高速高精的需求。小线段表示的刀具轨迹存在以下缺点：(1)产生的小线段巨大，数据传输量大；(2)加工时速度和加速度不平滑，容易引起机床振动，降低零件加工精度和表面质量；(3)刀具轨迹光顺性差，零件轮廓加工精度和表面质量差。实际加工中，通常会使用连续性更好的参数曲线对小线段表示的刀具轨迹进行拟合。

刀具轨迹拟合中，需要严格控制轨迹的拟合精度。五轴刀具轨迹由刀位点和刀轴矢量共同表示；轨迹拟合中，需要给定刀位点公差和刀轴矢量公差，控制轨迹的拟合精度。

加工误差小于公差时，才能保证零件的加工精度。加工误差越小，零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的符合程度越高，加工精度也就越高。一般来说，只有加工误差小于加工公差时，才能保证零件的加工精度。

五轴刀具轨迹计算和拟合中，用户只给定了加工公差，由于刀轴矢量变化，数控编程人员无法通过加工公差直接确定刀位点公差和刀轴矢量公差，会根据经验给出刀位点公差和刀轴矢量公差，导致计算的刀具轨迹GOT0点密度过高和零件的加工精度无法严格保证。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于加工公差反推刀位点公差和刀轴矢量公差的方法，通过建立刀触点，刀位点和刀轴矢量的关系方程式，并且建立两个假设条件，其目的在于求解出刀位点公差和刀轴矢量公差，由此解决刀位点公差和刀轴矢量公差不确定的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于加工公差反推刀位点公差和刀轴矢量公差的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)预设刀具的半径R，该刀具圆角半径r以及刀具轨迹加工公差σ；

(b)在生成刀具轨迹过程，存在刀触点C_c、刀触点单位法矢刀轴单位矢量和刀位点C_L组成的矢量多边形，由该矢量多边形构建关系方程式

(c)构建第一假设和第二假设条件，其中，第一假设是假设加工误差δ由刀具沿刀触点单位法矢方向偏移产生，第二假设是假设刀具在所述生成刀具轨迹过程中前倾角固定且为30°，由所述第一和第二假设条件计算所述关系方程式由此获得加工误差δ与刀位点误差ε、刀轴矢量误差θ之间的关系式δ(ε，θ)；