[发明专利]以切削力波动为约束的曲面加工刀具轨迹规划方法

摘要

本发明以切削力波动为约束的曲面加工刀轨规划方法属于复杂曲面零件高效铣削加工技术领域，涉及一种以切削力波动为约束的曲面加工刀轨规划方法。该方法首先基于等残余高度法获得的刀位点数据，确定最优走刀行距和走刀步长，实现基于刀具位置网格节点的刀具位置网格单元划分。通过刀具位置网格单元平面拟合，结合相邻关联刀具位置网格单元，确定刀具位置网格节点Z坐标。然后计算刀具位置网格节点法向量，以加工过程中切削力波动小为约束，将刀具位置网格节点作为刀位点，以相邻刀位点间法向量夹角最小为基本原则规划曲面加工刀具轨迹，实现曲面的高质高效加工。该方法对局部复杂几何特征具有很好的适应能力，实现曲面的高质高效加工。

主权项

一种以切削力波动为约束的曲面加工刀具轨迹规划方法，其特征在于，该方法首先基于等残余高度法获得的刀位点数据，确定最优走刀行距和走刀步长，实现基于刀具位置网格节点X、Y坐标的刀具位置网格单元划分；其次通过刀具位置网格单元平面拟合，结合相邻关联刀具位置网格单元，确定刀具位置网格节点Z坐标；然后基于刀具位置网格节点及邻域节点，计算刀具位置网格节点法向量；最后以加工过程中切削力波动小为约束，将刀具位置网格节点作为刀位点，以相邻刀位点间法向量夹角最小为基本原则规划曲面加工刀具轨迹，实现曲面的高质高效加工；规划方法的具体步骤如下：步骤1刀具位置网格单元划分以曲面几何特征为基础，采用最小二乘平面法在初始基于等残余高度法获得的刀位点数据的基础上构建刀具位置网格，以刀具位置网格节点为最终加工用刀位点，保证这些刀位点在满足加工误差的前提下具有最优走刀行距和步长；刀具位置网格单元的侧向步长即为球头铣刀切削拟合斜平面的走刀行距；令刀具位置网格单元拟合斜平面Z的数学表达式为：Z＝aX+bY+c  (1)其中，a、b、c为最小二乘拟合系数，X、Y为变量；球头铣刀半径为R，拟合斜平面法向残余高度为h，则拟合斜平面法向侧向步长s'为：$s^{\′}=2\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}=2\sqrt{2Rh-h^2}---\left(2\right)$刀具位置网格单元拟合斜平面与XY平面间的夹角为α，与YZ平面间的夹角为β，根据平面夹角公式得：$cos\mathrm{\β}=\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2+1}}---\left(3\right)$相同残余高度下，同一切削行中所有刀具位置网格单元的法向侧向步长相同，但各刀具位置网格单元拟合平面空间方位的变化导致其在XY平面投影侧向步长s不同，投影侧向步长s与法向侧向步长s'的几何关系为：s＝s'·sinβ＝s'·cosα  (4)由式(1)‑(4)得：$s=2\sqrt{\frac{b^2+1}{a^2+b^2+1}}\·\sqrt{2Rh-h^2}---\left(5\right)$令刀具位置网格初始投影侧向步长s₀为：$s_0=2\sqrt{2Rh-h^2}---\left(6\right)$令初始向前步长f₀等于s₀，则在XY投影平面内确定一个矩形网格单元的尺寸；根据等残余高度法获得的刀位点数据，将刀位点向XY平面投影，选取投影落在该矩形网格单元内的数据点进行最小二乘拟合，得到与XY平面成一定角度的刀具位置网格单元平面；最小二乘拟合系数a、b、c由式(7)解得；

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