槽特征腹板擺線螺旋復(fù)合銑加工方法
【專利摘要】一種槽特征腹板擺線螺旋復(fù)合銑加工方法，其特征是首先采用螺旋進(jìn)刀，其次采用擺線進(jìn)行開槽以減小第一刀時(shí)的切削力，第三，采用螺旋加工刀軌進(jìn)行逐層加工，在拐角處采用變螺旋進(jìn)行過渡，使得曲率連續(xù)變化，以避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，保證刀具載荷的穩(wěn)定，減小刀具的振動(dòng)；最后在轉(zhuǎn)角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工。本發(fā)明可用于難加工材料的加工，擺線開槽降低了第一刀的切削力，在刀軌拐角處采用變螺旋曲線，避免出現(xiàn)刀軌尖點(diǎn)和加工方向的突變，使得刀軌光滑平順，降低了切削力，提高了工件表面的加工質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】槽特征腹板擺線螺旋復(fù)合銑加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械零件的加工方法，尤其是一種槽特征的加工方法，具體地說(shuō)是一種在數(shù)控銑床上采用螺旋進(jìn)刀、擺線開槽、螺旋刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌對(duì)槽特征進(jìn)行擺線螺旋復(fù)合銑的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]槽特征在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中廣泛存在，槽特征的加工目前采用的方法是單/雙向折線加工或者采用環(huán)切的方式進(jìn)行加工。這種方法在第一刀加工時(shí)，屬于滿刀加工。切削力較大；同時(shí)刀軌中存在尖點(diǎn)和加工方向的突變，弓I起了刀具的振動(dòng)。影響零件表面的加工質(zhì)量和精度；由于這種刀軌的局限性，不適用于難加工材料，如鈦合金的加工。
[0003]查閱現(xiàn)有技術(shù)與文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，陳曉兵等在學(xué)術(shù)期刊《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》2012，21(ll)pl399-1404上發(fā)表的論文“利用調(diào)和映射的復(fù)雜網(wǎng)格曲面螺旋刀軌生成算法”，公開了一種螺旋刀軌生成算法，該方法首先采用調(diào)和映射的方法對(duì)網(wǎng)格曲面進(jìn)行參數(shù)化，然后根據(jù)殘留高度確定參數(shù)網(wǎng)格中的參數(shù)環(huán)，在相鄰參數(shù)環(huán)的參數(shù)點(diǎn)之間進(jìn)行“分組匹配”，并依次計(jì)算初始和精確的對(duì)角參數(shù)螺旋線；在此基礎(chǔ)上采用“區(qū)域劃分”的方法快速生成了無(wú)干涉的網(wǎng)格曲面螺旋刀軌，能夠有效地提高截平面法刀軌的加工效率，且能夠保證較好的加工質(zhì)量。
[0004]孫全平等在學(xué)術(shù)期刊《機(jī)械制造》2003，41 (465)pl2_14上發(fā)表的論文“基于擺線的高速銑削刀軌生成算法研究”，公開了一種銑削刀軌生成算法，該方法針對(duì)高速加工的特點(diǎn)及現(xiàn)實(shí)要求，提出了適合高速銑削的擺線刀軌生成算法。擺線加工具有切削效率高，去除材料范圍大，切削高硬材料性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]王玉國(guó)等在學(xué)術(shù)期刊《航空學(xué)報(bào)》2008，29(1)p216-220上發(fā)表的論文“型腔銑削加工光滑螺旋刀軌生成算法”，公開了一種型腔銑削螺旋刀軌的生成算法，該方法通過線性插值型腔邊界的等距多邊形生成螺旋狀折線，然后以指數(shù)函數(shù)分布規(guī)律插入控制頂點(diǎn)，以這些控制頂點(diǎn)所定義的B樣條曲線為基礎(chǔ)規(guī)劃最終刀軌。所生成刀軌不需要離散成大量小直線段即可直接用于具有NURBS插補(bǔ)功能的高速數(shù)控系統(tǒng)；另外刀軌可以保證任意階連續(xù)，從而減小了切削力的變化幅度，避免方向突變，提高了加工效率和加工精度。以上方法是設(shè)計(jì)一種螺旋刀軌或擺線刀軌生成算法，都能夠很好的解決特定的問題。但是不能用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征的整體加工，同時(shí)也不適用于難加工材料的加工。
[0006]本發(fā)明中提出的擺線螺旋腹板銑加工方法將用于加工不同特征的擺線刀軌、螺旋刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)刀軌進(jìn)行融合，用于槽特征加工的不同階段，充分發(fā)揮各自刀軌的優(yōu)點(diǎn)。采用擺線銑開槽可以減小第一刀的切削力，螺旋刀軌增加了刀軌的平穩(wěn)性，避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌改善了轉(zhuǎn)角部分的加工效果，提高了工件表面的加工質(zhì)量。該方法不僅適用于普通材料的加工，針對(duì)難加工材料具有更好的加工效果。其中擺線銑開槽刀軌可用于窄深槽的加工，螺旋刀軌可用于腹板的加工。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有槽特征加工中存在的刀具切削力大，刀軌中存在尖點(diǎn)和加工方向的突變引起刀具受力不均勻，導(dǎo)致刀具振動(dòng)，影響工件表面的加工質(zhì)量等問題，發(fā)明一種效率高、加工平穩(wěn)、適用于難加工材料加工的槽特征腹板的擺線螺旋復(fù)合銑加工方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種槽特征腹板擺線螺旋復(fù)合銑加工方法，其特征是首先采用螺旋進(jìn)刀，其次采用擺線進(jìn)行開槽以減小第一刀時(shí)的切削力，第三，采用螺旋加工刀軌進(jìn)行逐層加工，在拐角處采用變螺旋進(jìn)行過渡，使得曲率連續(xù)變化，以避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，保證刀具載荷的穩(wěn)定，減小刀具的振動(dòng)；最后在轉(zhuǎn)角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工。
[0010]具體步驟包括:
[0011]步驟1，根據(jù)槽特征幾何信息，得到槽腔深度，設(shè)置槽特征切削深度d，對(duì)槽特征進(jìn)行軸向分層，得到槽特征軸向每層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線；
[0012]步驟2，根據(jù)槽特征軸向第一層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線以及刀具尺寸信息，獲得該層初始擺線加工區(qū)域；
[0013]步驟3，設(shè)置擺線加工參數(shù)，包括擺線圓半徑R。，擺線步距Lc ；
[0014]步驟4，依據(jù)本層初始擺線加工區(qū)域，確定刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)；
[0015]步驟5，設(shè)置刀具螺旋進(jìn)刀的高度、切深、螺旋半徑和螺旋角，生成刀具螺旋進(jìn)刀刀軌；
[0016]步驟6，根據(jù)設(shè)定的擺線加工參數(shù)，在本層初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，生成擺線加工刀軌；
[0017]步驟7，在軸向第一層驅(qū)動(dòng)幾何曲線和初始擺線加工區(qū)域的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)定的刀具切寬生成本層驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線，生成驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線時(shí)在內(nèi)型處留有加工余量；
[0018]步驟8，使用直線將驅(qū)動(dòng)幾何偏置線與擺線加工刀軌進(jìn)行連接；
[0019]步驟9，去除驅(qū)動(dòng)幾何偏置線連接處多余直線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀；
[0020]步驟10，在螺旋線拐角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌和變螺旋曲線進(jìn)行過渡，以保證在加工過程中保證最大和恒定接觸角原則，避免出現(xiàn)刀軌尖點(diǎn)和加工方向的突變；
[0021]步驟11，將螺旋線離散，得到螺旋加工刀位點(diǎn)，并設(shè)置每個(gè)刀位點(diǎn)的刀軸矢量，形成螺旋加工刀軌；
[0022]步驟12，經(jīng)過螺旋刀軌加工后，在內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處尚有殘留，針對(duì)這些殘留采用等接觸角和最大接觸角原則進(jìn)行加工，生成轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌；
[0023]步驟13，將螺旋進(jìn)刀刀軌，擺線開槽刀軌，螺旋加工刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行組合，形成槽特征軸向第一層完整的加工刀軌；
[0024]步驟14，重復(fù)步驟2-13，生成槽特征軸向每一層的加工刀軌；
[0025]步驟15，計(jì)算退刀點(diǎn)，添加退刀刀軌，同上述軸向每層刀軌一起形成完整的槽特征擺線螺旋腹板銑加工刀軌。
[0026]所述的獲得槽特征軸向每層驅(qū)動(dòng)幾何曲線的方法為:根據(jù)槽腔深度和切深，確定槽特征加工的層數(shù)，將槽特征腹板按照切深，依次向上進(jìn)行偏置，得到槽特征軸向每層加工刀軌的腹板面，軸向每一層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線的具體生成方法可參照申請(qǐng)?zhí)枮?01110317973.4，發(fā)明名稱為“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征腹板加工驅(qū)動(dòng)幾何重構(gòu)方法”的中國(guó)專利。
[0027]所述的獲得槽特征軸向每層初始擺線加工區(qū)域的方法為:根據(jù)軸向每層驅(qū)動(dòng)幾何曲線，求解各邊的長(zhǎng)度。當(dāng)輪廓線為直線時(shí)，直接為直線長(zhǎng)度，輪廓線為曲線時(shí)，為曲線兩端點(diǎn)的直線距離。根據(jù)各邊的長(zhǎng)度得到長(zhǎng)度最短的一條外輪廓線，以下簡(jiǎn)稱最短輪廓線。根據(jù)刀具直徑D，確定初始擺線加工區(qū)域輪廓的最短邊長(zhǎng)L = D+2*R。。將驅(qū)動(dòng)幾何曲線等比例沿徑向進(jìn)行偏置，使得徑向最里層相對(duì)較短的偏置線長(zhǎng)為L(zhǎng)，如果最后腹板加工不要求等切寬加工則此時(shí)各輪廓偏置線組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域；如果腹板要求等切寬加工，則計(jì)算徑向最里層各組成曲線的長(zhǎng)度，找到徑向最里層長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條組成曲線，計(jì)算該曲線與本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中與之相對(duì)應(yīng)曲線的距離a，將本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中的其他曲線均向里偏置a，得到新的偏置曲線，則這些新的偏置曲線所組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域。
[0028]所述的刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)的確定方法為:在初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，將最短輪廓偏置線以及與它順時(shí)針相連的偏置線向里偏置一個(gè)刀具半徑，得到新的偏置曲線，此時(shí)做半徑為&的圓與兩曲線均相切，其中圓與最短輪廓線對(duì)應(yīng)偏置曲線的切點(diǎn)即為刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)。
[0029]所述的生成擺線加工刀軌的方法為:將初始擺線加工區(qū)域的輪廓線統(tǒng)一沿徑向向里偏置一個(gè)刀具半徑，得到新的偏置曲線。從刀具進(jìn)刀點(diǎn)開始，沿順時(shí)針方向，按照擺線步距，依次做擺線圓同新的偏置曲線相切，在拐角處采用小半徑擺線圓和變螺旋曲線切削過渡。若擺線加工一周后，初始擺線加工區(qū)域尚有余量未切削，則將初始擺線加工區(qū)域輪廓線繼續(xù)向里偏置，按照上述方法繼續(xù)進(jìn)行擺線加工，直至初始擺線加工區(qū)域加工完畢。
[0030]所述的驅(qū)動(dòng)幾何偏置線與擺線加工刀軌的連接方法為:在擺線加工區(qū)域內(nèi)，完成擺線加工后，刀具從擺線加工結(jié)束點(diǎn)按照刀具之前的運(yùn)動(dòng)方向通過直線過渡到初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的某一條曲線m，沿初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到與曲線m逆時(shí)針相接的初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線n，在曲線η的順時(shí)針斷點(diǎn)處通過直線過渡到最后一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線。同理在每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中同曲線η相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)幾何偏置線的順時(shí)針斷點(diǎn)處采用同樣的方法與下一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線進(jìn)行過渡。
[0031]所述的去除驅(qū)動(dòng)幾何偏置線連接處多余直線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀的方法為:在初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線m上，將同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段去除。同理在徑向每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中與曲線m對(duì)應(yīng)的曲線中，去除同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀。
[0032]所述的在螺旋線拐角處采用變螺旋曲線進(jìn)行過渡的方法為:為避免出現(xiàn)刀具尖點(diǎn)和加工方向的突變，在拐角處采用變螺旋曲線使拐角處的曲率連續(xù)變化，變螺旋曲線最大曲率設(shè)置為R ；
[0033]所述的針對(duì)在槽特征內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處的殘留，采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工的方法為:具體刀軌的求解方法可參考申請(qǐng)?zhí)枮?01310001740.2，發(fā)明名稱為“槽特征內(nèi)型轉(zhuǎn)角一體化精加工方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)。[0034]本發(fā)明的有益效果:
[0035]本發(fā)明通過將用于加工不同特征的擺線刀軌、螺旋刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)刀軌進(jìn)行融合，用于槽特征腹板加工的不同階段，充分發(fā)揮了各種刀軌的優(yōu)點(diǎn)。采用擺線銑開槽可以減小第一刀的切削力，螺旋刀軌增加了刀軌的平穩(wěn)性，避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌改善了轉(zhuǎn)角部分的加工效果，提高了工件表面的加工質(zhì)量。本發(fā)明不僅適用于普通材料的加工，針對(duì)難加工材料具有更好的加工效果。其中擺線銑開槽刀軌可用于窄深槽的加工，螺旋刀軌可用于腹板的加工。
[0036]由于采用擺線進(jìn)行開槽，減小了刀具第一刀時(shí)的切削力；采用螺旋刀軌進(jìn)行加工，在拐角處采用變螺旋進(jìn)行過渡，使得曲率連續(xù)變化，避免了在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，保證了刀具載荷的穩(wěn)定，減小了刀具的振動(dòng)，適用于高速加工；在轉(zhuǎn)角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工，改善了刀具切削力，提高了工件表面的加工質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明的槽特征擺線螺旋腹板銑刀軌加工步驟及其生成方法流程圖。
[0038]圖2為典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征示意圖。
[0039]圖3為本發(fā)明的刀軌詳細(xì)說(shuō)明圖；圖中I為槽特征；曲線2為轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌；圓3為螺旋進(jìn)刀刀軌；曲線4為擺線加工刀軌；線框5為初始擺線加工區(qū)域；曲線6為螺旋加工刀軌；點(diǎn)A為刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)，從A點(diǎn)開始，沿初始擺線加工刀軌4進(jìn)行加工，之后沿螺旋線6進(jìn)行加工，直到B點(diǎn)，沿圓弧BC、直線CD和圓弧DE，到E點(diǎn)后沿曲線2開始進(jìn)行轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工。
[0040]圖4為初始擺線加工刀軌示意圖；從A點(diǎn)開始，沿?cái)[線圓H進(jìn)行加工，到A點(diǎn)后，沿直線Al、圓弧IJ和直線JK加工，在K點(diǎn)，沿?cái)[線圓L進(jìn)行加工，到K點(diǎn)后，沿直線KM加工，在M點(diǎn)，沿?cái)[線圓N進(jìn)行加工，到M點(diǎn)后，沿直線MO、圓弧0P、直線PQ、圓弧QR、直線RS、圓弧ST、直線TA到達(dá)A點(diǎn)完成初始擺線加工。
[0041]圖5為本發(fā)明的螺紋擺線復(fù)合銑加工刀軌的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0043]如圖1-5所示。
[0044]—種槽型結(jié)構(gòu)件的擺線螺旋復(fù)合銑加工方法，首先，將槽特征沿刀具軸向進(jìn)行分層，得到每層的加工驅(qū)動(dòng)幾何，根據(jù)刀具信息計(jì)算初始擺線加工區(qū)域和螺旋進(jìn)刀點(diǎn)，采用螺旋進(jìn)刀，其次，在初始擺線加工區(qū)域內(nèi)生成擺線刀軌；然后按照設(shè)定的切寬將驅(qū)動(dòng)幾何線進(jìn)行偏置，得到一系列驅(qū)動(dòng)幾何偏置線；將驅(qū)動(dòng)幾何偏置線和擺線刀軌進(jìn)行連接，并將偏置線處理成螺旋狀，形成螺旋刀軌，采用擺線進(jìn)行開槽以減小第一刀時(shí)的切削力，第三，采用螺旋加工刀軌進(jìn)行逐層加工，在拐角處采用變螺旋進(jìn)行過渡，使得曲率連續(xù)變化，以避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，保證刀具載荷的穩(wěn)定，減小刀具的振動(dòng)；最后，在內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處采用循環(huán)銑刀軌進(jìn)行加工。刀軌的立體圖如圖5所示。
[0045]圖2和圖3是一個(gè)典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征及加工路徑示意圖，詳述如下。[0046]本實(shí)施例的槽型結(jié)構(gòu)件的擺線螺旋復(fù)合銑加工方法的整個(gè)加工步驟如圖1所示:
[0047]步驟I，根據(jù)槽特征幾何信息，得到槽腔深度Dp = 17，設(shè)置槽特征切削深度d = 3，根據(jù)槽腔深度和切深，確定槽特征軸向加工層數(shù)n= |DP/d+l|。將槽特征腹板按照分層數(shù)和切深，依次向上進(jìn)行偏置，得到槽特征軸向每層加工刀軌的腹板面。軸向每層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線的具體生成方法可以參照申請(qǐng)?zhí)枮?01110317973.4，發(fā)明名稱為“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征腹板加工驅(qū)動(dòng)幾何重構(gòu)方法”的中國(guó)專利；
[0048]步驟2，根據(jù)槽特征軸向第一層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線以及刀具尺寸信息，獲得該層初始擺線加工區(qū)域。根據(jù)本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線，求解各驅(qū)動(dòng)幾何線的長(zhǎng)度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)幾何線為直線時(shí)，求解直線的長(zhǎng)度；當(dāng)驅(qū)動(dòng)幾何線為曲線時(shí)，首先得到曲線的兩端點(diǎn)，求得兩端點(diǎn)的直線距離，將其賦為驅(qū)動(dòng)幾何線的邊長(zhǎng)。求得所有驅(qū)動(dòng)幾何線邊長(zhǎng)后，得到邊長(zhǎng)最短的一條驅(qū)動(dòng)幾何線，以下簡(jiǎn)稱最短驅(qū)動(dòng)幾何線；
[0049]設(shè)定擺線圓半徑R。為2.5，根據(jù)刀具半徑R = 6，確定初始擺線加工區(qū)域輪廓的最短邊長(zhǎng)L = D+2*R。= 17。根據(jù)零件加工坐標(biāo)系，得到驅(qū)動(dòng)幾何線的內(nèi)法向，首先將驅(qū)動(dòng)幾何線向里偏置S+R的距離，得到徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線，此次偏置目的是使螺旋加工后，在輪廓處留有δ的余量，最后通過轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行切削，在這里取δ為3;
[0050]將第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線沿徑向向里進(jìn)行等比例偏置，使得最短驅(qū)動(dòng)幾何線對(duì)應(yīng)的偏置線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，如果最后腹板加工不要求等切寬加工則此時(shí)各輪廓偏置線組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域；其中對(duì)第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線進(jìn)行等比例偏置的方法為:計(jì)算徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線的長(zhǎng)度。找到最短的一條偏置線，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)mn = 41，偏置時(shí)該輪廓線向里偏置距離為σ，則其余偏置線向里的偏置距離為σ,其中Ltl為其余偏置線長(zhǎng)度，最長(zhǎng)的一條為56。徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線長(zhǎng)度的求解方法同驅(qū)動(dòng)幾何線長(zhǎng)度的求解方法相同。當(dāng)本層驅(qū)動(dòng)幾何線為圓形時(shí)，將徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線進(jìn)行偏置，直到偏置線組成的圓的直徑為L(zhǎng)時(shí)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)幾何偏置線組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域；
[0051]如果腹板要求等切寬加工，則計(jì)算徑向最里層各組成曲線的長(zhǎng)度，找到徑向最里層長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條組成曲線，計(jì)算該曲線與本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中與之相對(duì)應(yīng)曲線的距離a，將本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中的其他曲線均向里偏置a，得到新的偏置曲線，則這些新的偏置曲線所組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域；
[0052]步驟3，設(shè)置擺線加工參數(shù)，包括擺線圓半徑Rc = 2.5，擺線步距Lc = 2 ;
[0053]步驟4，依據(jù)本層初始擺線加工區(qū)域，確定刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)；在初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，將初始擺線加工區(qū)域的最短輪廓線以及與它順時(shí)針相連的輪廓線向里偏置一個(gè)刀具半徑R = 6，得到新的偏置曲線。在初始擺線加工區(qū)域內(nèi)作半徑為R。= 2.5的圓與兩新偏置曲線均相切，則該圓同與初始擺線加工區(qū)域最短輪廓線相對(duì)應(yīng)的偏置曲線的切點(diǎn)即為刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)；
[0054]步驟5，設(shè)置刀具螺旋進(jìn)刀的高度、切深、螺旋半徑和螺旋角，生成刀具螺旋進(jìn)刀刀軌；
[0055]步驟6，根據(jù)設(shè)定的擺線加工參數(shù)，在軸向第一層初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，生成擺線加工刀軌；根據(jù)得到的初始擺線加工區(qū)域，將該區(qū)域的輪廓線向里偏置一個(gè)刀具半徑R =6，得到新的偏置曲線，即初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線。從刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)開始，沿順時(shí)針方向，按照設(shè)定的擺線步距和最大擺線圓半徑，依次作擺線圓同新的偏置曲線相切，在拐角處，擺線圓同拐角兩側(cè)的偏置曲線均相切。
[0056]為了去除更多的材料，在拐角處采用變螺旋曲線進(jìn)行過渡，如圖4所示。變螺旋曲線的最大曲率半徑設(shè)為小半徑擺線圓半徑的一半，即&/2 = 1.25。擺線加工一周后，如果初始擺線加工區(qū)域內(nèi)尚有余量未切削，則將初始擺線加工區(qū)域輪廓線繼續(xù)向里偏置R+2R。=11，得到新的偏置曲線，按照上述方法繼續(xù)進(jìn)行擺線加工，直至初始擺線加工區(qū)域加工完畢；
[0057]步驟7，在軸向第一層驅(qū)動(dòng)幾何曲線和初始擺線加工區(qū)域的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)定的刀具切寬生成軸向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線，生成驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線時(shí)在內(nèi)型處留有加工余量；在步驟2中得到的徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)定的刀具切寬σ =4，進(jìn)行偏置。如果腹板不要求等切寬加工則采用等比例的方法對(duì)徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線沿徑向向里進(jìn)行偏置。等比例偏置方法同步驟2相同，找到徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中最短的一條偏置線，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)mn = 41，在偏置時(shí)，該偏置線的偏置距離為σ，其余偏置線的偏置距離為。*LMin/U，其中Ltl為偏置線長(zhǎng)度，在本例中Ltl = 56。按照上述偏置距離得到徑向第二層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線。
[0058]如果腹板要求等切寬加工，則將徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線向里偏置的距離均為σ，得到徑向第二層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線。
[0059]同理依次將徑向第一層驅(qū)動(dòng)幾何線沿徑向向里偏置，直到徑向最后一層偏置線與初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線的距離小于偏置距離，得到徑向所有層的驅(qū)動(dòng)幾何偏置線；
[0060]步驟8，使用直線將驅(qū)動(dòng)幾何偏置線與擺線加工刀軌進(jìn)行連接；在擺線加工區(qū)域內(nèi)，完成擺線加工后，刀具從擺線加工結(jié)束點(diǎn)按照刀具之前的運(yùn)動(dòng)方向通過直線過渡到初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線m，沿初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到與曲線m逆時(shí)針相接的初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線n，在曲線η的順時(shí)針斷點(diǎn)處通過直線過渡到徑向最后一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線。同理在徑向每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中同曲線η相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線的順時(shí)針端點(diǎn)處采用同樣的方法與徑向下一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線進(jìn)行過渡；
[0061]步驟9，去除驅(qū)動(dòng)幾何偏置線連接處多余直線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀；在初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線m上，將同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段去除。同理在徑向每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中與曲線m對(duì)應(yīng)的曲線中，去除同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀；
[0062]步驟10，在螺旋線拐角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌和變螺旋曲線進(jìn)行過渡，以保證在加工過程中保證最大和恒定接觸角原則，避免出現(xiàn)刀軌尖點(diǎn)和加工方向的突變；
[0063]計(jì)算拐角處兩側(cè)曲線切向的夾角Θ，設(shè)定轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌最大夾角α，如果Θ >α，則添加轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌，否則不添加。在示例中，Θ =90°，α =120°，轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌層數(shù)由設(shè)定的最大接觸角和刀具半徑?jīng)Q定，具體算法參照申請(qǐng)?zhí)枮?01310001740.2，發(fā)明名稱為“槽特征內(nèi)型轉(zhuǎn)角一體化精加工方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)；在拐角處還采用變螺旋曲線使拐角處的曲率連續(xù)變化，變螺旋曲線最大曲率設(shè)置為R ;
[0064]步驟11，將螺旋線離散，得到螺旋加工刀位點(diǎn)，并設(shè)置每個(gè)刀位點(diǎn)的刀軸矢量，形成螺旋加工刀軌；[0065]步驟12，經(jīng)過螺旋刀軌加工后，在內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處尚有殘留，針對(duì)這些殘留采用等接觸角和最大接觸角原則進(jìn)行加工，生成轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌；轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌的求解方法可參考專利“槽特征內(nèi)型轉(zhuǎn)角一體化精加工方法”；
[0066]步驟13，將螺旋進(jìn)刀刀軌，擺線開槽刀軌，螺旋加工刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行組合，形成槽特征軸向第一層完整的加工刀軌；
[0067]步驟14，針對(duì)五軸槽特征，重復(fù)步驟2-13，生成槽特征軸向每層加工刀軌；對(duì)于三軸槽特征，將槽特征軸向第一層加工刀軌，按照切深進(jìn)行偏置，依次得到槽特征軸向各層的加工刀軌；
[0068]步驟15，計(jì)算退刀點(diǎn)，添加退刀刀軌，同上述軸向每層刀軌一起形成完整的槽特征擺線螺旋腹板銑加工刀軌。
[0069]本實(shí)施的具體刀具軌跡如圖3所示。
[0070]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種槽特征腹板擺線螺旋復(fù)合銑加工方法，其特征是首先采用螺旋進(jìn)刀，其次采用擺線進(jìn)行開槽以減小第一刀時(shí)的切削力，第三，采用螺旋加工刀軌進(jìn)行逐層加工，在拐角處采用變螺旋進(jìn)行過渡，使得曲率連續(xù)變化，以避免在刀軌中出現(xiàn)尖點(diǎn)和加工方向的突變而引起的切削力突變，保證刀具載荷的穩(wěn)定，減小刀具的振動(dòng)；最后在轉(zhuǎn)角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是它包括以下步驟: 步驟1，根據(jù)槽特征幾何信息，得到槽腔深度，設(shè)置槽特征切削深度d，對(duì)槽特征進(jìn)行軸向分層，得到槽特征軸向每層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線； 步驟2，根據(jù)槽特征軸向第一層的驅(qū)動(dòng)幾何曲線以及刀具尺寸信息，獲得該層初始擺線加工區(qū)域； 步驟3，設(shè)置擺線加工參數(shù)，包括擺線圓半徑辱擺線步距％ ； 步驟4，依據(jù)本層初始擺線加工區(qū)域，確定刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)； 步驟5，設(shè)置刀具螺旋進(jìn)刀的高度、切深、螺旋半徑和螺旋角，生成刀具螺旋進(jìn)刀刀軌；步驟6，根據(jù)設(shè)定的擺線加工參數(shù)，在本層初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，生成擺線加工刀軌；步驟7，在軸向第一層驅(qū)動(dòng)幾何曲線和初始擺線加工區(qū)域的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)定的刀具切寬生成本層驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線，生成驅(qū)動(dòng)幾何偏置曲線時(shí)在內(nèi)型處留有加工余量； 步驟8，使用直線將驅(qū)動(dòng)幾何偏置線與擺線加工刀軌進(jìn)行連接； 步驟9，去除驅(qū)動(dòng)幾何偏置線連接處多余直線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀；步驟10，在螺旋線拐角處采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑刀軌和變螺旋曲線進(jìn)行過渡，以保證在加工過程中保證最大和恒定接觸角原則，避免出現(xiàn)刀軌尖點(diǎn)和加工方向的突變； 步驟11，將螺旋線離散，得到螺旋加工刀位點(diǎn)，并設(shè)置每個(gè)刀位點(diǎn)的刀軸矢量，形成螺旋加工刀軌； 步驟12，經(jīng)過螺旋刀軌加工后，在內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處尚有殘留，針對(duì)這些殘留采用等接觸角和最大接觸角原則進(jìn)行加工，生成轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌； 步驟13，將螺旋進(jìn)刀刀軌，擺線開槽刀軌，螺旋加工刀軌和轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行組合，形成槽特征軸向第一層完整的加工刀軌； 步驟14，重復(fù)步驟2-13，生成槽特征軸向每一層的加工刀軌； 步驟15，計(jì)算退刀點(diǎn)，添加退刀刀軌，同上述軸向每層刀軌一起形成完整的槽特征擺線螺旋腹板銑加工刀軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的獲得槽特征軸向每層驅(qū)動(dòng)幾何曲線的方法為:根據(jù)槽腔深度和切深，確定槽特征加工的層數(shù)，將槽特征腹板按照切深，依次向上進(jìn)行偏置，得到槽特征軸向每層加工刀軌的腹板面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的獲得槽特征軸向每層初始擺線加工區(qū)域的方法為:根據(jù)軸向每層驅(qū)動(dòng)幾何曲線，求解各邊的長(zhǎng)度；當(dāng)輪廓線為直線時(shí)，直接為直線長(zhǎng)度，輪廓線為曲線時(shí)，為曲線兩端點(diǎn)的直線距離；根據(jù)各邊的長(zhǎng)度得到長(zhǎng)度最短的一條外輪廓線以下簡(jiǎn)稱最短輪廓線；根據(jù)刀具直徑D，確定初始擺線加工區(qū)域輪廓的最短邊長(zhǎng)L=D+2+ Mc將驅(qū)動(dòng)幾何曲線等比例沿徑向進(jìn)行偏置，使得徑向最里層相對(duì)較短的偏置線長(zhǎng)為L(zhǎng)，如果最后腹板加工不要求等切寬加工則此時(shí)各輪廓偏置線組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域；如果腹板要求等切寬加工，則計(jì)算徑向最里層各組成曲線的長(zhǎng)度，找到徑向最里層長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條組成曲線，計(jì)算該曲線與本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中與之相對(duì)應(yīng)曲線的距離a，將本層驅(qū)動(dòng)幾何曲線中的其他曲線均向里偏置a，得到新的偏置曲線，則這些新的偏置曲線所組成的區(qū)域即為初始擺線加工區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)的確定方法為:在初始擺線加工區(qū)域內(nèi)，將最短輪廓偏置線以及與它順時(shí)針相連的偏置線向里偏置一個(gè)刀具半徑，得到新的偏置曲線，此時(shí)做半徑力馬?的圓與兩曲線均相切，其中圓與最短輪廓線對(duì)應(yīng)偏置曲線的切點(diǎn)即為刀具螺旋進(jìn)刀點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的生成擺線加工刀軌的方法為:將初始擺線加工區(qū)域的輪廓線統(tǒng)一沿徑向向里偏置一個(gè)刀具半徑，得到新的偏置曲線。
7.從刀具進(jìn)刀點(diǎn)開始，沿順時(shí)針方向，按照擺線步距，依次做擺線圓同新的偏置曲線相切，在拐角處采用小半徑擺線圓和變螺旋曲線切削過渡。
8.若擺線加工一周后，初始擺線加工區(qū)域尚有余量未切削，則將初始擺線加工區(qū)域輪廓線繼續(xù)向里偏置，按照上述方法繼續(xù)進(jìn)行擺線加工，直至初始擺線加工區(qū)域加工完畢； 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)幾何偏置線與擺線加工刀軌的連接方法為:在擺線加工區(qū)域內(nèi)，完成擺線加工后，刀具從擺線加工結(jié)束點(diǎn)按照刀具之前的運(yùn)動(dòng)方向通過直線過渡到初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的某一條曲線m，沿初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到與曲線m逆時(shí)針相接的初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線n，在曲線η的順時(shí)針斷點(diǎn)處通過直線過渡到最后一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線；同理在每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中同曲線η 相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)幾何偏置線的順時(shí)針斷點(diǎn)處采用同樣的方法與下一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線進(jìn)行過渡。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的去除驅(qū)動(dòng)幾何偏置線連接處多余直線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀的方法為:在初始擺線加工區(qū)域輪廓偏置線中的曲線m上，將同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段去除；同理在徑向每一層驅(qū)動(dòng)幾何偏置線中與曲線m對(duì)應(yīng)的曲線中，去除同過渡直線的連接點(diǎn)與逆時(shí)針端點(diǎn)間的曲線段，使得驅(qū)動(dòng)幾何偏置線形成螺旋狀； 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的在螺旋線拐角處采用變螺旋曲線進(jìn)行過渡的方法為:為避免出現(xiàn)刀具尖點(diǎn)和加工方向的突變，在拐角處采用變螺旋曲線使拐角處的曲率連續(xù)變化，變螺旋曲線最大曲率設(shè)置為R。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的針對(duì)在槽特征內(nèi)型和轉(zhuǎn)角處的殘留，采用轉(zhuǎn)角循環(huán)銑加工刀軌進(jìn)行加工。
【文檔編號(hào)】B23C3/28GK103949705SQ201410204286
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】李迎光, 郝小忠, 高鑫, 王慧潔, 劉長(zhǎng)青, 湯立民 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)