[發(fā)明專(zhuān)利]一種平頭立銑刀寬行加工的刀刃接觸判別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611042105.9
• 申請(qǐng)日: 2016-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106599389B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏兆成;郭明龍;王敏杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;B23C3/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種平頭立銑刀寬行加工刀刃接觸判據(jù)，屬于銑削加工技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)平頭立銑刀寬行加工，建立刀具接觸界面解析模型，基于已建立的刀具接觸界面解析模型，判斷刀刃上一點(diǎn)是否與工件相接觸，需要滿足以下兩個(gè)條件之一：該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的徑向位置角位于截交圓弧曲線所對(duì)應(yīng)的徑向位置角范圍之內(nèi)，且該點(diǎn)位于圓弧曲線之下；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的徑向位置角位于截交橢圓弧曲線所對(duì)應(yīng)的徑向位置角范圍之內(nèi)，且該點(diǎn)位于橢圓弧曲線之下。本發(fā)明通過(guò)數(shù)學(xué)解析方法判定刀刃點(diǎn)是否與工件相接觸，具有高效率高精度的特點(diǎn)，而且可以基于微分離散思想拓展到一般曲面的多軸數(shù)控加工，在平頭立銑刀切削動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于銑削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及到刀具與工件之間接觸條件分析，特別涉及到一種平頭立銑刀寬行加工的刀刃接觸判別方法。

背景技術(shù)

隨著高端數(shù)控機(jī)床，尤其是五軸數(shù)控加工中心的發(fā)展應(yīng)用，以及復(fù)雜曲面加工方法的不斷創(chuàng)新，實(shí)際生產(chǎn)中為提高加工效率，采用平頭立銑刀寬行加工復(fù)雜曲面已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)雜曲面平頭立銑刀寬行加工過(guò)程中工件局部幾何、刀具進(jìn)給方向、刀軸矢量等通常都沿著曲線刀具軌跡不斷變化，致使加工過(guò)程中刀具接觸界面沿著刀具軌跡不斷變化，刀刃接觸區(qū)間也隨之而改變。如附圖1所示，刀具接觸界面是指刀具與工件相接觸的區(qū)域，刀刃接觸區(qū)間則是處在接觸區(qū)域內(nèi)的切削刃段，它反映了加工過(guò)程中任意時(shí)刻刀刃實(shí)際參與切削的情況。由于刀刃只有參與切削才能形成切屑并產(chǎn)生切削力，因此，刀刃接觸區(qū)間界定了未變形切屑厚度模型的有效范圍，是銑削力預(yù)報(bào)研究的重要參數(shù)。

平頭立銑刀三軸立銑平面加工，其展開(kāi)后的刀具接觸界面幾何形狀為矩形，可以利用簡(jiǎn)單的窗口函數(shù)來(lái)確定刀刃接觸區(qū)間。而寬行加工刀具接觸界面的幾何形狀非常復(fù)雜，確定該條件下的刀刃接觸區(qū)間，不能再利用簡(jiǎn)單的窗口函數(shù)來(lái)解決。

文獻(xiàn)1“倪其民，李從心，阮雪榆.基于實(shí)體造型的球頭銑刀三維銑削力仿真[j].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)、2001(02):347_352.”文獻(xiàn)中倪其民等人基于UGII二次開(kāi)發(fā)，對(duì)工件、刀具、切削刃、切屑實(shí)體進(jìn)行描述、運(yùn)算和顯示。通過(guò)查詢(xún)組成被切除材料實(shí)體模型的各個(gè)表面，然后，用表示刀具切削刃的NURBS曲線和這些曲面分別求交，可以得到和被切除材料實(shí)體的邊界曲面重合的NURBS曲線片段，這些曲線段就是該時(shí)刻參與切削的切削刃片段。

文獻(xiàn)2“Wei Z.C.,Wang M.J.,Cai Y.J.,Wang S.F.,Prediction of cuttingforce in ball-end milling of sculptured surface using improved Z-map[J].Theinternational journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,68(5-8):1167-1177.”文獻(xiàn)中魏兆成等人以二維方形邏輯數(shù)組來(lái)表示曲面銑削加工過(guò)程中刀具接觸界面，在該二維數(shù)組中處于刀具與工件接觸區(qū)域內(nèi)的元素用“1”來(lái)表示，接觸區(qū)域之外的元素用“0”來(lái)表示。提取切削刃微元所對(duì)應(yīng)的數(shù)組元素值，來(lái)判斷切削刃微元是否處于切削狀態(tài)。

到目前為止，針對(duì)求解曲面多軸加工刀刃接觸區(qū)間的問(wèn)題，主要采用基于實(shí)體模型的布爾運(yùn)算方法和基于離散仿真的Z-Map方法。但是，Z-map法無(wú)法應(yīng)用于平頭立銑刀寬行加工，而實(shí)體模型法在確定刀刃接觸區(qū)間時(shí)離不開(kāi)加工過(guò)程幾何仿真的環(huán)境，即針對(duì)具體的工件形狀和刀具軌跡，通過(guò)比較刀具與工件的相對(duì)位置，識(shí)別其接觸情況，該類(lèi)方法需要存儲(chǔ)大量的瞬態(tài)工件幾何信息，計(jì)算量大，效率低，無(wú)法適應(yīng)大尺寸曲面零件的加工建模，從而制約了其在實(shí)際曲面零件數(shù)控加工中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提出了一種平頭立銑刀寬行加工的刀刃接觸判別方法，克服現(xiàn)有方法在效率方面的不足。而且該方法可以基于微分離散思想，適用于一般曲面的寬行加工。

本發(fā)明的技術(shù)方案：