[发明专利]基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法

权利要求书

1.一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、推导伞叶面表达式：

在圆柱坐标系(ρ,θ,z)下，将θ轴进行刻度划分，推导出伞叶面圆周方向正弦波纹曲线方程；将圆柱坐标系中的ρ轴进行刻度划分，令正弦波纹曲线的幅值与ρ值呈线性关系，得到幅值渐变的正弦波纹面表达式F₁；将得到的正弦波纹面F₁与高度相同的一个圆锥面F₂进行复合来获取伞叶面，得到伞叶面表达式；

步骤2、生成等角度分布的伞叶面车削的刀触点轨迹：

采用等角度的方法生成平面螺旋线轨迹，根据所述步骤1得到的伞叶面表达式，将平面螺旋线轨迹上的点投影到伞叶面上，生成基础伞叶面车削刀触点轨迹；

步骤3、预测基础伞叶面车削刀触点轨迹的加工误差：

径向相邻两刀触点之间的残留误差δ₁的计算：获取刀触点轨迹的径向布点圈数m₀，刀具半径r，并计算所求误差点处曲率的大小，判断求解残留误差需要采用的方法，公式求解残留物差δ₁；弓高误差δ₂的计算：计算周向相邻两刀触点之间的距离l，将两点间的曲线近似看成是圆弧曲线，求得该段圆弧曲线的曲率半径R_QL，通过圆弧曲线的曲率和弦长求解弓高误差δ₂；

步骤4、基于加工误差预测方法生成加工精度控制的伞叶面车削刀触点轨迹：

径向布点圈数m的计算：已知残留误差精度要求为Δ₁，根据步骤3中的径向相邻两刀触点之间的残留误差δ₁的计算公式可以反向推导出满足残留误差精度要求Δ₁的径向布点圈数m；周向轨迹优化：已知弓高误差的精度要求为Δ₂及刀触点轨迹的初始加工点P_i(x_i,y_i,z_i)，根据伞叶面车削刀具轨迹方程求出初始加工点的曲率半径R_QLi，由弓高误差精度要求Δ₂、初始点的曲率半径R_QLi和初始点的坐标，推导出满足弓高误差精度要求的下一个刀触点的坐标P_i+1(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，将刀触点P_i+1作为初始加工点，循环上述步骤，得到下个切削点，经过上述步骤的多次循环，实现伞叶面车削刀具轨迹的周向轨迹优化；

所述周向轨迹优化：设定弓高误差的精度要求为Δ₂，刀触点轨迹的初始加工点为P_i(x(α_i),y(α_i)z(α_i))，将所述步骤1中的伞叶面表达式转换成由极角α表示的伞叶面方程：

式中，v为径向进给速度；ω为主轴转速；h₁为正弦波纹曲线幅值；w为周期；

初始加工点处的曲率半径R_QLi为：

假设下一个刀触点的坐标为P_i+1(x(α_i+1),y(α_i+1),z(α_i+1))，计算得到周向相邻两刀触点之间的距离l：

将初始点的曲率半径R_QLi，弓高误差Δ₂和周向相邻两刀触点之间的距离l代入所述步骤3的弓高误差计算方法中得到一个只含α_i+1的一元函数，则α_i+1可求解，进而下一个刀触点的坐标P_i+1(x(α_i+1),y(α_i+1),z(α_i+1))可通过伞叶面表达式获得；

将刀触点P_i+1作为初始加工点循环上述步骤便可得到下个切削点，经过上述步骤的多次循环，最终得到满足弓高误差精度要求优化后的伞叶面车削加工刀触点轨迹；

步骤5、进行刀具半径补偿以生成伞叶面车削刀位点轨迹：

选择刀具半径r，根据切削过程中刀具和工件的几何关系，推导出刀具半径补偿的表达式，对实现加工精度控制的伞叶面车削刀触点轨迹进行刀具半径补偿得到刀位点轨迹；

步骤6、生成伞叶面车削的实际数控加工代码：

将实现加工精度控制的伞叶面车削的刀位点轨迹坐标转换成柱坐标，生成伞叶面车削的实际数控加工代码。