[發(fā)明專利]基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610210070.9
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105785913B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振瀚;顏昌亞;劉磊
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 許美紅

1.一種基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將待加工曲面離散成等間距網(wǎng)格單元；

2)在抽象機(jī)床坐標(biāo)系A(chǔ)MCS中建立一個機(jī)床運(yùn)動學(xué)曲面Ω，機(jī)床運(yùn)動學(xué)曲面Ω對應(yīng)于機(jī)床運(yùn)動空間中各驅(qū)動軸的運(yùn)動控制指令，工件坐標(biāo)系中待加工曲面上一點(diǎn)對應(yīng)于機(jī)床運(yùn)動空間中的一組運(yùn)動控制指令；

3)在機(jī)床運(yùn)動學(xué)曲面Ω上建立一種機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM，機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM為用于度量待加工曲面上一點(diǎn)處沿不同進(jìn)給方向加工時機(jī)床的最大進(jìn)給速率；

4)將待加工曲面上刀具路徑的有效進(jìn)給方向范圍按照等間距進(jìn)行分度，按照給定的加工行寬計算出各分度方向所對應(yīng)的平行刀具路徑；

5)通過機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM求得選定分度方向刀具路徑在各網(wǎng)格單元中基于機(jī)床軸速度限制的加工時間；

6)將選定分度方向刀具路徑在所有網(wǎng)格單元中的加工時間求和，得到選定刀具路徑在整個待加工曲面上基于機(jī)床軸速度限制的加工時間；

7)通過比較各分度方向刀具路徑在待加工曲面上的加工時間，得到加工時間最短的刀具路徑切削方向；

8)通過加工時間最短的刀具路徑切削方向來優(yōu)化待加工曲面的刀具路徑切削方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3)中，基于機(jī)床各驅(qū)動軸的速度限制計算的機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM，記為Mc，式中下標(biāo)C表示取Chebyshev距離值，其中dΘ表示機(jī)床驅(qū)動軸的最小運(yùn)動量，Ψ表示機(jī)床驅(qū)動軸對應(yīng)的最大速度，α,β為按愛因斯坦求和約定的標(biāo)號，取值分別為1和2，u¹,u²為曲面參數(shù)，u＝(u¹,u²)^T，當(dāng)標(biāo)號α或者β在方程的一個單獨(dú)項(xiàng)內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)時，表示求和，而單獨(dú)出現(xiàn)時，表示一個向量，其元素按照標(biāo)號的取值選取。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，步驟5)中，基于機(jī)床各驅(qū)動軸的速度限制的機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM，得出選定刀具路徑的加工時間為：式中T表示時間，τ為刀具路徑的參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟6)中，基于機(jī)床各驅(qū)動軸的速度限制的機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM，得出選定刀具路徑在整個待加工曲面上的最小加工時間為：式中dt為刀具路徑微元的加工時間，dn為加工離散網(wǎng)格單元的走刀次數(shù)，dl為刀具路徑微元，dw為離散網(wǎng)格單元上加工的寬度，S_p為刀具路徑行寬，dA為離散網(wǎng)格單元面積，v為進(jìn)給速度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，當(dāng)待加工曲面采用平行刀具路徑加工方式且各條路徑之間行寬已唯一確定時，

所述步驟1)中，將待加工曲面按照等間距進(jìn)行網(wǎng)格離散，曲面在XOY參數(shù)平面上參數(shù)域內(nèi)對應(yīng)網(wǎng)格為正方形，其邊與X、Y中的某一軸平行，在參數(shù)平面坐標(biāo)系內(nèi)將切削方向與X軸的夾角θ在有效范圍(0-180°)內(nèi)按照選定的步長Δθ＝1°進(jìn)行離散，形成一系列切削方向角θ_i

所述步驟6)中，選定θ_i所對應(yīng)的刀具路徑，按照給定的行寬，通過機(jī)床運(yùn)動學(xué)度量張量MKM求得整個待加工曲面的加工時間T(θ_i)；

所述步驟7)中，使T(θ_i)取最小值的θ即為優(yōu)化切削方向角，采用優(yōu)化切削方向角生成的刀具路徑作為待加工曲面的優(yōu)化刀具路徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)床軸速度限制的刀具路徑切削方向優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1)中，

在抽象機(jī)床坐標(biāo)系A(chǔ)MCS中對機(jī)床運(yùn)動學(xué)曲面對應(yīng)離散網(wǎng)格單元采用雙線性插值，離散網(wǎng)格單元可表示為，Ω(u,v)＝Ω₀₀(1-u)(1-v)+Ω₁₀u(1-v)+Ω₀₁(1-u)v+Ω₁₁uv，式中Ω_ij(i＝0、1，j＝0、1)為離散網(wǎng)格單元四個頂點(diǎn)處對應(yīng)于Ω曲面上的值，u,v曲面參數(shù)。