[发明专利]复杂曲面慢刀伺服车削分区域变参数加工方法

说明书

本发明复杂曲面慢刀伺服车削分区域变参数加工方法属于复杂曲面零件慢刀伺服车削技术领域，涉及一种复杂曲面慢刀伺服车削分区域变参数加工方法。该方法基于复杂曲面几何特征生成临界等势线，并递推生成全域等势线。根据势能场梯度计算等势线上各点的残余高度均化系数，进行曲面区域划分。确定分区边界处刀具轨迹修正范围，实现子区域间刀具轨迹拼接。将平面刀触点映射至空间曲面加工区域并拟合生成刀具轨迹，计算机床进给轴沿刀具轨迹的运动学参数，进行区域细分，规划各子区域主轴转速，从而实现慢刀伺服车削分区域变加工参数工艺规划。该方法可稳定机床进给，提高加工质量和效率,适用于复杂曲面慢刀伺服车削分区加工。

技术领域

本发明属于复杂曲面零件慢刀伺服车削技术领域，涉及一种复杂曲面慢刀伺服车削分区域变参数加工方法。

背景技术

传统车削方法仅限于加工回转对称面，随着机床技术的进步，直线驱动、主轴伺服等新技术应用在超精密车削加工中，一种基于慢刀伺服的车削创成方法逐渐适用于复杂曲面超精密加工。由于慢刀伺服车削创成运动特性，刀具轨迹一般以螺旋面为约束，将空间曲面加工区域在机床坐标系沿Z轴方向投影至XOY平面，在该平面区域内确定阿基米德螺旋线的起点和螺旋间距，生成平面刀具轨迹，并以等角度、等弧长等方法离散刀触点，然后将平面刀具轨迹沿Z轴方向映射到空间加工区域上，完成刀具轨迹规划。这类刀具轨迹规划方法算法简单、易操作。然而规划的平面刀具轨迹螺旋间距、步长等参数全域统一，不能准确反映空间曲面加工区域的几何特征。对于高陡度且局部几何特征急变的复杂曲面，采用传统统一参数刀具轨迹规划方法时，为确保全域加工质量，只能采用最保守的加工参数，易导致加工误差分布不均，引起局部误差超差或表面残余应力急增，严重影响加工质量和加工效率。

Kumazawa等人的文献“Preferred feed direction field:A new tool pathgeneration method for efficient sculptured surface machining”，Computer-AidedDesign，2015，67-68，1-12，提出了一种基于走刀矢量场的复杂曲面分区方法。该方法计算实现最大切削宽度的最优走刀方向，基于各点处的走刀矢量在工件表面建立张量场，利用张量矩阵的双线性插值方法检测张量场路径线上的退化点并确定对应的分离点，由此生成分区边界，实现区域分割，并拟合走刀矢量生成加工区域刀具路径，该方法缩短了刀具轨迹总长，提高加工效率，然而，该曲面分割方法面向三轴加工中心，不适用于慢刀伺服车削运动特性，具有较大的局限性。房丰洲等人的文献“Spiral tool path generation fordiamond turning optical freeform surfaces of quasi-revolution”，Computer-AidedDesign，2015，59，15-22，在平面域生成阿基米德螺旋线，并将螺旋线沿基面法线方向投影到自由曲面上，从而生成准均匀螺旋刀具轨迹。该方法适用于光学自由曲面的金刚石车削，然而采用全域加工方法，对于复杂曲面加工须采用保守加工参数，降低了加工效率，且造成表面残余应力急增、刀具磨损等更严重的加工问题，具有一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明一种复杂曲面慢刀伺服车削分区域变参数加工方法。针对复杂曲面慢刀伺服车削加工过程中，全域统一参数加工方法缺乏对加工质量与进给运动平稳性的综合考虑，易造成加工误差分布不均匀甚至局部误差超差且影响加工效率等问题，通过在加工区域建立势能场，实现基于等势线分布的加工区域划分，基于等势线生成刀具轨迹并进行子区域间刀具轨迹拼接，同时为确保进给运动平稳对加工区域进行细分并规划子区域C轴转速，最终实现分区变参数加工。由此在确保复杂曲面慢刀伺服车削分区加工质量的同时提高机床进给运动平稳性，为复杂曲面高精高效加工提供技术支撑。