[发明专利]一种类摆线铣削开槽刀轨生成方法

说明书

一种高效的类摆线铣削开槽刀轨生成方法，其特征是：首先利用圆弧最小二乘拟合将等宽曲槽近似划分为若干等曲率环槽及直槽标准型，并建立弧长映射关系；然后针对等曲率环槽及直槽标准型，采用三次样条曲线表征刀具运动包络形成的材料边界线，根据刀具接触角约束确定最大步距，并以材料去除率为目标优化该三次样条曲线，并在标准型槽上生成等距阵列；将材料边界曲线阵列映射回等宽曲槽，并两两首尾相连形成一条G1连续曲线，最后对该曲线进行法向偏置形成开槽刀轨。在最大接触角满足要求的前提下，本发明提出的类摆线刀轨能显著提高开槽加工效率。

技术领域

本发明属于CAM(计算机辅助制造)技术领域，涉及一种加工刀轨及其生成方法，尤其是一种针对等宽曲槽的类摆线开槽刀轨生成方法，具体地说是一种通过优化刀轨形状，在满足刀具接触角约束前提下的高效加工刀轨生成方法。

背景技术

槽特征广泛存在于复杂结构件。随着高速铣削在型腔加工中的日益广泛应用，传统的折线或环切法在加工过程中存在满刀加工，由于刀具与工件接触角过大，导致刀具载荷过大，同时在高转速的主轴运动模式下极易产生过热，加速刀具磨损。为避免过大接触角并充分发挥高速铣削平台的优势，摆线铣削方式能够很好解决上述问题。

查阅现有技术与文献发现，孙全平等在学术期刊《机械制造》上发表的论文“基于摆线的高速铣削刀轨生成算法研究”，提出了适合高速铣削的摆线刀轨生成算法，刀具沿螺旋刀轨向前高速进给，降低了切削过程中的刀具载荷。发明专利CN104090528B公开了一种适用于摆线高速铣削的加工路径，对摆线加工中的步距进行自适应优化，以达到相对稳定的材料去除率和刀具载荷。然而，以上研究与公开技术所涉及的摆线刀轨均为传统的螺旋线刀轨，为满足刀具最大载荷约束，每个螺旋周期内刀具平均载荷处于较低数值，导致步距等切削参数选择较为保守，在不改变摆线形状的前提下，难以进一步提高加工效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有摆线加工效率不高的现状，提供一种类摆线的加工刀轨生成方法，适用于等宽曲槽的开槽加工。以刀具接触角作为刀具载荷评估标准，在满足接触角约束的前提下为等宽曲槽提供更加高效的加工模式。

本发明的技术方案是：

一种类摆线铣削开槽刀轨生成方法，其特征在于所述的刀轨由三次样条曲线偏置而成，呈摆线状分布，刀具沿刀轨在切削过程中接触角不超过给定值，适用于等宽曲槽的开槽加工；刀轨生成包含以下步骤：

步骤一：对于输入的等宽曲槽，利用圆弧最小二乘拟合将其近似划分为若干等曲率环槽及直槽标准型，得到标准型槽，并建立弧长映射关系；

步骤二：针对得到的标准型槽，采用三次样条曲线表征刀具运动包络形成的材料边界线，根据刀具接触角约束确定最大步距，并以材料去除率为目标优化该三次样条曲线，并在标准型槽上生成等距阵列，得到阵列样条曲线；

步骤三：将得到的阵列样条曲线映射回等宽曲槽，并两两首尾相连形成一条G1连续曲线，对该曲线进行法向偏置形成开槽刀轨。

所述的等宽曲槽中以槽宽H定义为中心轴线垂直方向的上下边界距离，等宽定义为槽宽H沿中心轴线保持恒定或处于给定公差带内，即

所述的圆弧最小二乘拟合包含以下步骤：

步骤一：在CAD软件中提取槽特征的上下边界，将其重新参数化为S_lo(u)与S_up(u)，其中u∈[0，1]，则该槽的中心轴线将该中心轴线沿u参数域均匀离散化，得到每一离散点坐标{P_i：(px_i，py_i)＝S_c(u_i)}，并定义P₀为起点；