[發明專利]基于整體葉盤通道四軸數控加工的最大適用刀具半徑計算方法

有效

• 申請號: 201710554306.5
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107505913B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 常智勇;文近安;陳澤忠;李舸;高博鵬
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B19/402
• 分類號: G05B19/402;G05B19/404
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種基于整體葉盤通道四軸數控加工的最大適用刀具半徑計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立加工坐標系以及刀具幾何模型，并確定刀具參數：

所述加工坐標系為CS_M(O_M-x_M-y_M-z_M)，其中加工坐標系固定在工作臺上；加工坐標系的y_M軸為工作臺的自身旋轉軸，Z_M軸平行于四軸數控加工平臺的刀軸方向；當待加工整體葉盤裝夾在工作臺上時，待加工整體葉盤的回轉軸線與y_M軸重合；

所述刀具幾何模型由參數r、r_c以及H確定，其中表示刀具錐度，r表示刀具半徑，r_c表示圓角半徑，H表示刀具刃長；r_c和H為預先確定變量，r為優化變量；

步驟2：在某一給定的刀具轉角B條件下，通過以下步驟確定刀具切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑，所述刀具轉角B為整體葉盤繞y_M軸的轉角：

步驟2.1：在加工坐標系中，根據被加工曲面S₀上的切觸點P_CC坐標[x_CC,y_CC,z_CC]^T，切觸點P_CC處的單位法矢量n＝[n_x,n_y,n_z]^T，以及檢查點P的坐標[x,y,z]^T，通過公式

計算得到參數Δx，Δy，Δz以及λ；其中檢查點P位于被加工曲面S₀或者檢查面S_i上，且P≠P_CC；所述檢查面為加工過程中構成葉盤通道的若干約束面，且不包括被加工曲面S₀；

步驟2.2：根據步驟2.1得到的參數Δx，Δy，Δz以及λ，分以下四種情況分別計算得到檢查點P對應的適用刀具半徑r(P,B)：

情況1：Δz≥H-r_c：

若不等式成立，則刀具始終會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

成立，則刀具始終不會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝∞；

其余條件下，

情況2：

若不等式成立，則刀具始終會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式成立，則刀具始終不會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝∞；

其余條件下，

情況3：

若不等式Δx²+Δy²+Δz²≤r_c²成立，則刀具始終會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

均成立，則刀具始終不會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝∞；

其余條件下，

情況4：Δz＜-r_c：

刀具始終不會與葉盤通道發生干涉，r(P,B)＝∞；

步驟2.3：對于被加工曲面S₀或檢查面S_i上的所有檢測點P，分別代入步驟2.1和2.2，得到每個檢測點對應的適用刀具半徑r(P,B)，然后取其中的最小值minr(P,B)為在轉角B條件下，切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑；

步驟3：采用二分法計算切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的最優刀具轉角B_O和最大適用刀具半徑r_L：

步驟3.1：確定刀具轉角的初始左右邊界B_L和B_R，以及工作臺旋轉軸的定位精度B_P；

步驟3.2：根據步驟2中的方法，分別計算r_M0(B_L)、r_Mi(B_L)，以及r_M0(B_R)、r_Mi(B_R)；其中r_M0(B_L)表示刀具轉角為B_L，檢查點處于待加工曲面S₀上的條件下，切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑，r_Mi(B_L)表示刀具轉角為B_L，檢查點處于檢查面S_i上的條件下，切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑；r_M0(B_R)表示刀具轉角為B_R，檢查點處于待加工曲面S₀上的條件下，切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑，r_Mi(B_R)表示刀具轉角為B_R，檢查點處于檢查面S_i上的條件下，切削被加工曲面S₀上的切觸點P_CC時的適用刀具半徑；

步驟3.3：取B_L和B_R的二分中點計算r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)；

步驟3.4：若|B_L-B_R|≤B_P成立，則取B_M為最優刀具轉角B_O，以及取r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的最小值作為最大適用刀具半徑r_L；否則判斷r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的大小關系，若r_M0(B_M)＜r_Mi(B_M)則令B_R＝B_M，否則令B_L＝B_M，返回步驟3.2。