[发明专利]四轴粗加工轴流式整体叶盘中刀具底刃切削评估及进给速度优化方法

权利要求书

1.一种四轴粗加工轴流式整体叶盘中刀具底刃切削评估及进给速度优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对于四轴粗加工轴流式整体叶盘的整个刀具路径中，设定相邻两个刀位点的加工过程为一个step，设某个step的开始刀位点和末尾刀位点在加工坐标系下的坐标分别为[x_i y_i z_i B_i]和[x_i+1 y_i+1 z_i+1 B_i+1]，初始进给速度分别为f_i和f_i+1，则在这个step的任意时刻，刀具在加工坐标系下的瞬时位置坐标为：

其中t表示时间；L_i表示相邻两个刀位点间的距离；Δ_i表示相邻两个刀位点间运动时间；a_i表示刀具的平均加速度；ω_i表示工件的角速度；相应的计算公式为：

所述加工坐标系CS_M原点O_M位于工件中心，其x、y和z轴分别与机床的x、y和z轴平行；

步骤2：建立从刀具坐标系到工件坐标系的变换矩阵为

其中工件坐标系CS_W定义为：当工件在加工坐标系中的摆转角B为零时，工件坐标系与加工坐标系一致；当摆转角B不为零时，将加工坐标系绕B轴旋转角度B后得到工件坐标系；刀具坐标系CS_T原点O_T与刀具刀心点重合，其x、y和z轴平行于加工坐标系的x、y和z轴；

步骤3：在工件坐标系中，采用公式

计算刀心点的位置P(t)和刀轴方向A(t)；并根据公式

计算得到刀心点的速度V(t)，其中和表示x(t)和z(t)关于时间t的导数，它们的计算公式如下式所示：

根据公式

计算刀心点的实际瞬时进给速率f(t)，得到f(t)的变化曲线；对f(t)的变化曲线进行采样，取最大值作为该step中底刃的最大瞬时进给速率f_i^M，如果f_i^M大于零，则判定底刃参与切削，且f_i^M越大，底刃参与切削状态越严重；

当底刃参与切削时，进一步采用以下步骤4进行刀具进给速度优化：

步骤4：建立刀具进给速度优化模型：

对于刀具路径中的某个step，如果该step对应的底刃最大瞬时进给速率大于零，则需要优化该step开始和结束刀位点处的进给速度；找到整个刀具路径中所有待优化的进给速度作为优化变量，并表示为f_j^O,j＝1,2,…,m；

将最小加工时间作为优化进给速度的目标，得到目标函数的表达式为：

其中Δ_i表示刀具在一个step中消耗的时间，n表示刀具路径中step的总数；

得到的优化模型为：

其中a_p是轴向切深，r表示刀具半径，a_max为机床预先设定的最大加速度，a_j为进给速度优化后的运动加速度；f_j为对应刀位点的初始进给速度，f_j^M表示底刃的最大瞬时进给速度；

通过求解优化模型，得到f_j^O,j＝1,2,…,m。