一種平面螺旋狀和環狀銑削軌跡生成方法技術

本發明專利技術公開了一種平面螺旋狀和環狀銑削軌跡生成方法，包括：獲取多軸刀具的平面加工區域，對該平面加工區域進行三角網格劃分，以構建能量場，建立能量場的約束方程，并對約束方程進行有限元求解，從而獲得場函數，根據有限元求解的結果確立分割曲線簇，以獲得長度最大值的分割線，根據長度最大值的分割線計算等標量值曲線，并將平面加工區域分割成m個子區域，其中m為正整數，在m個子區域中，分別對子區域中的每對相鄰等標量曲線進行插值，以獲得螺旋線。本發明專利技術在提高加工效率的同時，可減少數控機床在加工過程中產生的振動，并降低對刀具的損耗。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于數控加工領域，更具體地，涉及。
技術介紹
在數控加工領域，CAM產生的刀具軌跡極大地影響加工效率。主要在刀具軌跡曲線的平滑，加工路徑的間距的均勻性等。傳統CAM軟件對其采用行切，環切等，一定程度上做到加工行距等距，但不能保證曲面下絕對等距。行切存在過多的抬刀，環切雖可以減少抬刀，但是存在過于劇烈的拐角。造成加工去料不均與機床振動等，加劇了對刀具的磨損，機 床的損壞。同時由于存在抬刀，劇烈拐角等，數控機床多次加減速，增加了不必要的加工時間。美國專利US6591158B1在加工區域的內外邊界設置電荷，并利用計算的電場線作為輔助線來構建偏置輪廓線，進而構造螺旋狀刀具軌跡。該方法中對電場線的求解依賴于毛坯與成型零件輪廓上的起始電荷分布。在電荷分布不均的情況下會嚴重影響所生成的電場輔助線的形狀，最終影響刀具軌跡質量，例如產生的螺旋刀軌相鄰行距不均勻。另外由于需要根據電荷分布求電場線，涉及到對一個平面向量，即2個標量的求解，計算相對復雜，且不能對行距進行有效控制。同時該方法要求必須具有內外邊界，所以不能運用到無島嶼的型腔如狹長型的空腔加工中。美國專利US6591158雖然做到數控加工過程中的刀具軌跡的連續光滑，但是不能應用于具有內邊界(帶島嶼)的空腔，且同樣存在不能確定切削行距的缺點。中國專利200810207221. O對利用物理中的勢能場方式進行改進，采用美國加州大學伯克利分校J. A. SETHIAN提出的波前傳播方法構造水平集函數。該專利技術根據加工要求給定偏置距離，利用求解水平集方程得到型腔邊界的偏置，當遇到島嶼時型腔邊界的推進停止。這種方法只能從外邊界或者內邊界進行偏置，缺乏全局范圍內的偏置線分布優化(光滑性)和行距控制；同時在型腔的推進中會自動產生區域分割，形成多次進退刀路徑；對于復雜加工曲面來說，由于偏置輪廓線之間的任意可能形狀，在使用通用的漸變(Morphing)算法構建螺旋線時，也不能完全避免實際切削軌跡的重疊。
技術實現思路
針對現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供，其在提高加工效率的同時，可減少數控機床在加工過程中產生的振動，并降低對刀具的損耗。為實現上述目的，本專利技術提供了，包括以下步驟(I)獲取多軸刀具的平面加工區域，對該平面加工區域進行三角網格劃分，以構建能量場(2)建立能量場的約束方程，并對約束方程進行有限元求解，從而獲得場函數；(3)根據有限元求解的結果確立分割曲線簇，以獲得長度最大值的分割線；(4)根據長度最大值的分割線計算等標量值曲線，并將平面加工區域分割成m個子區域，其中m為正整數；(5)在m個子區域中，分別對子區域中的每對相鄰等標量曲線進行插值，以獲得螺旋線。三角網格劃分是采用經典的非規則三角網格劃分法。在步驟(I)中，將劃分得到的三角形頂點進行統一編號，其中第i個頂點坐標記作P(Xi，Yi) i e (I, q) , q為平面加工區域中三角形頂點總數,場函數φ = φ (X，y)在頂點P(Xi^yi)處的值Ai(Xpyi)稱為該頂點對應的能量場的值。步驟(2)具體為，求解在平面加工區域上滿足以下約束的第一類邊界條件的泊松方程，ν2φ = CI φ{Γι = O, (φ!γ2 = c其中V2(J) = + ^lI F1為平面加工區域的外邊界，Γ 2為平面加工區域的內邊界，C為正實數；將求解得到的Φ (X，y)值線性映射為三維圖形中的Z坐標，結合該Φ (X，y)值對應的二維坐標點P (X，y)，即三角網格頂點。步驟(3 )具體為，利用梯度曲線的方法獲得最短路徑，獲取連接外邊界直線段的三角網格節點{S」}，其中{}表示為集合，j為所取三角網格頂點的序號，j e (l，m)，m為所取三角網格頂點的總數目，從這些三角網格節點出發，沿著最快上升曲線到達內邊界，得到一系列的分割點，分別連接這些分割點形成分割線{1J，每一個分割線均唯一對應一個起點，此處所得的分割線為所需的分割曲線簇，最后從分割線中找出長度值最大的一條分割線，該分割線記為ImaxO步驟(4)具體為，將步驟(3)中所得的最長分割線向x-y平面上進行投影，接下來按照χ-y平面上的投影長度對這條曲線進行參數化，然后根據銑削深度這一加工參數對這條曲線進行分割，對應為分割點，以取得一系列{Φ,}值，k為分割點對應的角標序號，在平面加工區域上上連接Φ,值相同的點形成一系列的等標量值曲線，最后，用獲取到的分割線{1J，將平面加工區域分割成m個子平面加工區域。步驟(5)具體為，利用步驟(4)所得的等標量值曲線進行分割。然后開始插值，插值公式如下，Φ3(γ) = (l-tr) * Φ h (r) +tr* Φ! (r)其中t為插值參數，其獲取方式如下， rtr =— Π其中η為插值點總數目，并可由單圈等標量曲線的長度與用戶指定的最小線段長的比值取整加一確定，r為螺旋插值點，且r e (I, η), Φ^γ), Φχ(γ)分別表示每對以r為參數相鄰的等標量曲線函數。Φ3(ι·)為插值得到的等標量曲線函數。然后將插值后得到的一系列插值點相連即得到螺旋加工刀具軌跡。通過本專利技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，本專利技術具有以下的有益效果 I、對比一般CAM軟件生成的刀具軌跡，本專利技術的方法較之光順、平滑，對葉片螺旋銑削的最大切深進行有效控制，且在加工過程中只有一次進退刀，大大提高加工效率的同時，由于刀具軌跡光順平滑，減少了數控機床在加工過程中產生的振動，同時也降低了對刀具的損耗；2、對比US6591158，本專利技術的方法不僅可以加工無島嶼的型腔，而且可以加工型腔中多島嶼的情況，并且對切削行距進行有效控制；3、對比美國專利US6491482，本專利技術的方法適用于對有島嶼的型腔而且可以對狹長形型腔進行銑削，并且本專利技術的方法產生螺旋線一致性較好，即做到了行距均勻；4、對比中國專利200810207221.0，本專利技術的方法對內外邊界同時進行偏執，避免產生狹小加工區域，減少了加工時的抬刀，并且采用分區插值的方法，克服全局插值在曲率較大的情況下可能存在螺旋線重疊的問題。附圖說明圖I是本專利技術平面螺旋狀和環狀銑削軌跡生成方法的流程圖。圖2示出加工型腔的內外邊界。圖3是內外邊界進行三角化的網格數據圖。圖4a是有限元計算數據結果側視圖。圖4b是有限元計算數據結果俯視5示出劃分子區域的特征點列。圖6不出偏置線。圖7示出最終的螺旋刀具軌跡。圖8示出狹長形型腔的偏置線型刀具軌跡。圖9示出方形型腔的偏置線型刀具軌跡。圖10示出航空件的偏置線型刀具軌跡。圖11示出具有兩個島嶼的方形型腔的偏置線型刀具軌跡。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。以下以平面型腔螺旋銑削加工為例對本專利技術進行具體介紹，但應該理解的是專利技術并不局限于此，也同樣適用于任意邊界毛坯(例如葉片的方鋼開粗、任意多邊形包絡毛坯、零件模型幾何偏置形毛坯)的加工。此外，對于平面型腔銑、方形型腔、三角型航空件、以及型腔中有一個或多個島嶼的情況，本專利技術也均適用。同樣，本專利技術的實施亦不限于機床結構，對于其他類似結構的數控機床同樣適用。本專利技術將加工區域視本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種平面螺旋狀和環狀銑削軌跡生成方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）獲取多軸刀具的平面加工區域，對該平面加工區域進行三角網格劃分，以構建能量場：（2）建立能量場的約束方程，并對約束方程進行有限元求解，從而獲得場函數；（3）根據有限元求解的結果確立分割曲線簇，以獲得長度最大值的分割線；（4）根據長度最大值的分割線計算等標量值曲線，并將平面加工區域分割成m個子區域，其中m為正整數；（5）在m個子區域中，分別對子區域中的每對相鄰等標量曲線進行插值，以獲得螺旋線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李振瀚，田飛超，顏昌亞，楊建中，
申請(專利權)人：武漢華中數控股份有限公司，
類型：發明
國別省市：