[发明专利]一种避免干涉和颤振的多轴数控加工球头刀轴矢量规划方法

摘要

一种避免干涉和颤振的球头刀多轴数控加工刀轴矢量规划方法，其特征是首先根据刀具与工件表面离散点间的空间位置关系建立各刀触点处的无干涉刀轴空间。然后沿每一个无干涉刀轴方向离散球头刀刀刃，构建切削稳定性叶瓣图。再根据切削稳定性叶瓣图，结合转速和切深判断当前无干涉刀轴是否引起颤振，进而从无干涉刀轴空间中剔除颤振刀轴，得到各刀触点处既无干涉又无颤振的刀轴空间。最后，在此刀轴空间内搜索刀具运动的最小扫掠面以及相邻刀触点间角速度的最小方差，生成光顺刀轴。本发明通用性强，可在多轴加工中同时避免干涉和颤振，保证加工过程的可靠与稳定，提高加工表面质量。

主权项

1.一种避免干涉和颤振的球头刀多轴数控加工刀轴矢量规划方法，其特征在于它包括如下步骤：1)构建工件曲面网格模型，生成工件曲面离散点集，提取已生成的刀具轨迹，并对其进行离散得到刀位点与对应的刀触点，对于任一刀位点，以其为球心建立高斯球面，根据该点处刀具进给方向和其对应刀触点处的曲面法向在高斯球面上建立经纬坐标系，利用经纬坐标线离散高斯球面，依次连接刀位点与高斯球上离散点，构造初始刀轴空间；2)依次对所有刀位点的初始刀轴空间进行干涉检测，计算初始空间内刀轴矢量与曲面离散点的间距，若间距小于刀具半径则说明相应刀矢会造成干涉，需将该刀轴矢量剔除，反之则说明刀矢可以保留，由此提取所有刀触点的无干涉刀轴空间；3)对于任一无干涉刀矢的颤振检测，先将球头刀沿刀轴方向分割为一系列等厚度且厚度极小的微元，将刀矢方位转化为参与切削的微元区间以及每片微元的切入切出角，从而精确表示不同刀矢与工件的接触区域，针对每个无干涉刀轴建立铣削动力学模型，计算切削稳定性叶瓣图，结合已生成刀轨信息中包含的转速和切深判断该刀轴是否会引起颤振，如果会则从无干涉刀轴中删除，从而得到每个刀触点处既无干涉又无颤振的可行刀轴空间；4)从初始刀位点的可行空间内依次选取刀轴矢量，以最小角度变化为原则配置后续刀位点的刀轴矢量，由此生成多个初始刀轴轨迹，随后计算各刀轴矢量的刀具扫掠面积，选取面积最小的刀轴轨迹并计算其各刀位点间的角速度方差，选取方差最小的刀轴轨迹作为刀轴规划的最终结果，生成相应的数控加工程序。