技術(shù)特征：

1.一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立所述非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削加工綜合坐標(biāo)系，所述的數(shù)控車削加工綜合坐標(biāo)系包括機(jī)床參考坐標(biāo)系{S_M}、工件工作坐標(biāo)系{S_W}、切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}、工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}、工作臺(tái)縱向坐標(biāo)系{S_FA}和工作臺(tái)橫向坐標(biāo)系{S_FR}；

2)將工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}下的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式轉(zhuǎn)化為在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式，生成非軸對(duì)稱掃掠曲面；

3)根據(jù)工件工作坐標(biāo)系{S_W}下非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式，求得在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的法向量的表達(dá)式；

4)根據(jù)在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式，在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下建立螺旋式曲面車削刀觸點(diǎn)加工軌跡；

5)根據(jù)車削刀具參數(shù)，在切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}下建立刀具切削刃的空間位姿表達(dá)式；

6)從非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集選取螺旋式曲面車削刀觸點(diǎn)加工軌跡上的點(diǎn)，生成在工件工作坐標(biāo)系{S_W}刀觸點(diǎn)法向量，根據(jù)在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的刀觸點(diǎn)法向量和在切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}下切削刃空間位姿表達(dá)式，求得在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下刀具刀位點(diǎn)的坐標(biāo)值；

7)將在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的刀具刀位點(diǎn)坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際加工數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟1)中，

所述的機(jī)床參考坐標(biāo)系{S_M}為數(shù)控車削設(shè)備的機(jī)床參考坐標(biāo)系，為機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)參考坐標(biāo)系，機(jī)床參考坐標(biāo)系{S_M}的原點(diǎn)位于機(jī)床卡盤端面與回轉(zhuǎn)主軸中心線交點(diǎn)處；

所述的工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}為非軸對(duì)稱掃掠曲面類工件的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，用于描述工件的形狀特征及尺寸；

所述的工件工作坐標(biāo)系{S_W}為非軸對(duì)稱掃掠曲面類工件的工作坐標(biāo)系，工件工作坐標(biāo)系{S_W}的原點(diǎn)位于工件右端面與回轉(zhuǎn)主軸中心交點(diǎn)處，用于描述工件的裝夾位置和方向，工件工作坐標(biāo)系{S_W}的坐標(biāo)軸與機(jī)床參考坐標(biāo)系{S_M}坐標(biāo)軸相互平行；

所述的切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}：為車削刀具切削刃的局部參考坐標(biāo)系，切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}的原點(diǎn)位于切削刃的圓心處，用于描述切削刃的幾何模型、實(shí)際位置及其空間位姿，切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}的坐標(biāo)軸與工件工作坐標(biāo)系{S_W}坐標(biāo)軸相互平行；

所述的工作臺(tái)縱向坐標(biāo)系{S_FA}和工作臺(tái)橫向坐標(biāo)系{S_FR}分別用于描述沿?cái)?shù)控車削設(shè)備縱向和橫向?qū)嶋H進(jìn)給位置的參考坐標(biāo)系，工作臺(tái)縱向坐標(biāo)系{S_FA}和工作臺(tái)橫向坐標(biāo)系{S_FR}的原點(diǎn)各自位于遠(yuǎn)離機(jī)械原點(diǎn)的極限位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟2)中，通過(guò)齊次坐標(biāo)變換方法將工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}下的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式轉(zhuǎn)化為在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集的表達(dá)式，在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下非軸對(duì)稱掃掠曲面的表達(dá)式為：

$A^K=T_{KZ}\·T_{KY}\·R_{KY}\·T_{KSX}\·T_{KSY}\·O_K=\left[\begin{array}{c}{x}^K\\ y^K\\ z^K\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{r}_w\left(z\right)\·cos\left(\mathrm{\β}\right)\\ r\left(z\right)+r_w\left(z\right)\·sin\left(\mathrm{\β}\right)\·cos\left(\mathrm{\α}\right)\\ z+r_w\left(z\right)\·sin\left(\mathrm{\β}\right)\·sin\left(\mathrm{\α}\right)\\ 1\end{array}\right]$

其中，O_K＝[0,0,0,1]^T為工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}的坐標(biāo)原點(diǎn)，r(z)為在工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}下的曲面空間軸線方程，r_w(z)為在工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}下的掃掠截面輪廓特征方程，以工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}原點(diǎn)為起點(diǎn)，首先沿Y_K軸方向平移距離r(z)，沿Z_K軸方向平移距離z，分別記平移矩陣為T_KY和T_KZ，然后在所生成的中間變換坐標(biāo)系中，繞軸旋轉(zhuǎn)角度α，記旋轉(zhuǎn)舉證為R_KX，最后在所生成的中間變換坐標(biāo)系中，繞軸旋轉(zhuǎn)角度β，轉(zhuǎn)換為平移矩陣分別記為T_KSX和T_KSY，Y_K軸和Z_K軸分別為空間軸線在工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}中平面Y_KO_KZ_K中兩個(gè)垂直的坐標(biāo)軸線，軸和軸為中間變換坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸線。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟3)中，在工件工作坐標(biāo)系{S_W}中非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集所對(duì)應(yīng)的法向量表達(dá)式為：

${\stackrel{V}{n}}^K=\[x^K,y^K-r\left(z\right),z^K-z,0\].$

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟4)中，所述的螺旋式曲面車削刀觸點(diǎn)加工軌跡在工件工作坐標(biāo)系{S_W}中的表達(dá)式為其中，

$\left\{\begin{array}{c}{r}_k^W=\sqrt{x_k^2+y_k^2}\\ {\mathrm{\θ}}_k^W=\left\{\begin{array}{cc}\arctan \left(\frac{y_k}{x_k}\right)& if{x}_k\≥0,y_k\≥0\\ \mathrm{\π}+\arctan \left(\frac{y_k}{x_k}\right)& if{x}_k\<0\\ 2\mathrm{\π}+\arctan \left(\frac{y_k}{x_k}\right)& if{x}_k\>0,y_k\<0\end{array}\right.\end{array}\right.$

為極半徑，為極角。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟4)中，螺旋式曲面車削刀觸點(diǎn)加工軌跡的求取過(guò)程：將在工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系{S_K}下表示的非軸對(duì)稱掃掠曲面點(diǎn)集A^K＝(x^K,y^K,z^K)轉(zhuǎn)換為工件工作坐標(biāo)系{S_W}下的極坐標(biāo)表達(dá)式在變換過(guò)程中根據(jù)阿基米德螺旋線投影公式進(jìn)行等弧長(zhǎng)細(xì)分：

$\mathrm{\Δ}s=\frac{1}{2\left|a\right|}\[r_k\sqrt{a^2+r_k^2}+a^{2}ln(r_k+\sqrt{a^2+r_k^2})\]{|}_{r_0}^{r_k}$

其中，r₀為起始點(diǎn)極距，r_k為終點(diǎn)極距；a＝Δr_k/Δθ_k，Δr_k為相鄰兩點(diǎn)的極徑之差，Δθ_k為相鄰兩點(diǎn)的極角之差；沿工件坐標(biāo)系的Z_W方向進(jìn)行截面細(xì)分，取截面間距為Δz_k/n(其中Δz_k＜r_ε，r_ε為切削刃半徑，n為單位截面距離內(nèi)的螺旋線點(diǎn)數(shù))；

通過(guò)連續(xù)積分最終獲取連續(xù)的螺旋線刀具軌跡

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟5)中，在切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}下所述的刀具切削刃的空間位姿表達(dá)式為：

其中，r_ε為切削刃半徑，為實(shí)際切削點(diǎn)與計(jì)算起始點(diǎn)之間的夾角，γ_p為切削刀具的軸向前角、γ_f為切削刀具的徑向前角、κ_r為切削刀具的主偏角。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟5)中在刀具局部坐標(biāo)系{S_T}下刀具切削刃的空間位姿表達(dá)式中，所述的刀具切削刃的二維幾何表達(dá)式：

其中，r_ε為切削刃半徑，ε_r為切削刃角度，為實(shí)際切削點(diǎn)與計(jì)算起始點(diǎn)之間的夾角；

$\begin{array}{c}{R}_{TE}=R_{TR}^R{R}_{TP}^R{R}_{TF}^R\\ =\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{cos\κ}}_r\·{\mathrm{cos\γ}}_f+{\mathrm{sin\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_p\·{\mathrm{sin\γ}}_f& -{\mathrm{cos\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_f+{\mathrm{sin\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_p\·{\mathrm{cos\γ}}_f& {\mathrm{sin\κ}}_r\·{\mathrm{cos\γ}}_p& 0\\ {\mathrm{cos\γ}}_p\·{\mathrm{sin\γ}}_f& {\mathrm{cos\γ}}_p\·{\mathrm{cos\γ}}_f& -{\mathrm{sin\γ}}_p& 0\\ -{\mathrm{sin\κ}}_r\·{\mathrm{cos\γ}}_f+{\mathrm{cos\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_p\·{\mathrm{sin\γ}}_f& {\mathrm{sin\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_f+{\mathrm{cos\κ}}_r\·{\mathrm{sin\γ}}_p\·{\mathrm{cos\γ}}_f& {\mathrm{cos\κ}}_r\·{\mathrm{cos\γ}}_p& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$

其中，根據(jù)不同曲率的曲面，選取切削刀具的具體參數(shù)，如軸向前角γ_p、徑向前角γ_f、主偏角κ_r；依據(jù)刀片放置于刀架時(shí)，切削刃發(fā)生空間位姿變化，最終通過(guò)齊次坐標(biāo)變換在切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}中建立刀片放置于刀架后切削刃的空間變換矩陣R_TE。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟6)中，在工件工作坐標(biāo)系{S_W}下刀具刀位點(diǎn)的坐標(biāo)值為：

$B_k^{WL}=(x_k^{WL},h,z_k^{WL})$

其中，針對(duì)非軸對(duì)稱掃掠曲面的加工特征，考慮實(shí)際加工過(guò)程中切削點(diǎn)隨曲面曲率的變化狀態(tài)，在數(shù)控車削加工綜合坐標(biāo)系中，工件工作坐標(biāo)系{S_W}與切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}坐標(biāo)軸相互平行，刀具軌跡規(guī)劃過(guò)程應(yīng)保證切削刃與刀觸點(diǎn)垂直，則實(shí)際切削中在切削刃局部坐標(biāo)系{S_T}下刀具刀位點(diǎn)滿足以下條件：

其中，為選取的刀具軌跡上刀觸點(diǎn)法向量；

由此生成在切削刃坐標(biāo)系下的刀位點(diǎn)，通過(guò)齊次坐標(biāo)反變換將其轉(zhuǎn)化在工件工作坐標(biāo)系，則刀位點(diǎn)表達(dá)式為：

$B_k^{WL}=(x_k^{WL},h,z_k^{WL}).$

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種非軸對(duì)稱掃掠曲面的數(shù)控車削刀具軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟7)中，在工作臺(tái)縱向坐標(biāo)系{S_FA}、工作臺(tái)橫向坐標(biāo)系{S_FR}中，二維平面內(nèi)數(shù)控車削加工的實(shí)際數(shù)據(jù)為：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^M={{}^{B}L}_x+\underset{n=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{\Δx}}_k^{WL}={{}^{B}L}_x+\underset{n=1}{\overset{k}{\Σ}}{f}_{xk}{t}_k\\ z^M={{}^{B}L}_z-\underset{n=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{\Δz}}_k^{WL}={{}^{B}L}_z-\underset{n=1}{\overset{k}{\Σ}}{f}_{zk}{t}_k\end{array}\right.$

其中，f_xk為相鄰兩點(diǎn)之間的縱向進(jìn)給速度，f_zk為相鄰兩點(diǎn)之間的橫向進(jìn)給速度，^BL_x和^BL_z為切削刃相對(duì)于工件工作坐標(biāo)系{S_W}原點(diǎn)沿其X軸和Z軸方向的初始位置。