[发明专利]一种避免干涉和颤振的多轴数控加工球头刀轴矢量规划方法

权利要求书

1.一种避免干涉和颤振的球头刀多轴数控加工刀轴矢量规划方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)构建工件曲面网格模型，生成工件曲面离散点集，提取已生成的刀具轨迹，并对其进行离散得到刀位点与对应的刀触点，对于任一刀位点，以其为球心建立高斯球面，根据该点处刀具进给方向和其对应刀触点处的曲面法向在高斯球面上建立经纬坐标系，利用经纬坐标线离散高斯球面，依次连接刀位点与高斯球上离散点，构造初始刀轴空间；

2)依次对所有刀位点的初始刀轴空间进行干涉检测，计算初始空间内刀轴矢量与曲面离散点的间距，若间距小于刀具半径则说明相应刀矢会造成干涉，需将该刀轴矢量剔除，反之则说明刀矢可以保留，由此提取所有刀触点的无干涉刀轴空间；

3)对于任一无干涉刀矢的颤振检测，先将球头刀沿刀轴方向分割为一系列等厚度且厚度极小的微元，将刀矢方位转化为参与切削的微元区间以及每片微元的切入切出角，从而精确表示不同刀矢与工件的接触区域，针对每个无干涉刀轴建立铣削动力学模型，计算切削稳定性叶瓣图，该叶瓣图以主轴转速n为横坐标，球头刀极限切深ma_lim为纵坐标；若实际切深大于或等于极限切深，即a_act≥a_lim，则被检测的无干涉刀轴会造成加工颤振，将其从无干涉刀轴空间内删除；若实际切深小于极限切深，即a_acta_lim，则被检测的无干涉刀轴可以避免颤振；按上述步骤检测所有的无干涉刀轴，存留的无干涉无颤振刀轴组成刀轴可行空间；

4)从初始刀位点的可行空间内依次选取刀轴矢量，以最小角度变化为原则配置后续刀位点的刀轴矢量，由此生成多个初始刀轴轨迹，随后计算各刀轴矢量的刀具扫掠面积，选取面积最小的刀轴轨迹并计算其各刀位点间的角速度方差，选取方差最小的刀轴轨迹作为刀轴规划的最终结果，生成相应的数控加工程序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在CAD/CAM软件内抽取工件模型的曲面，将工件表面划分为三角网格，提取网格顶点的坐标信息导入Matlab软件构建由点集表示的工件曲面，经过三次转换得到曲面离散点集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是依次对所有刀触点的初始刀轴空间进行干涉检测，提取高斯球面范围内的曲面离散点P_Z、刀轴经过的高斯球面离散点P_E和刀位点P_i，则曲面离散点与刀轴的间距表示为：

d²＝(Δx₂-aΔx₁)²+(Δy₂-aΔy₁)²+(Δz₂-aΔz₁)²

且上式满足

若存在离散点满足其到初始刀轴的最短距离小于或等于刀具半径，即则将该初始刀轴视为干涉刀轴，从初始刀轴空间内删除；若所有离散点到初始刀轴的最短距离均大于刀具半径，即则该初始刀轴是无干涉的，按上述步骤检测所有初始刀轴，存留的刀轴组成无干涉刀轴空间。