[發明專利]曲面微織構數控加工刀軸矢量的設計方法

有效

• 申請號: 201811298656.0
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109597355B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張臣;魏盼
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

1.曲面微織構數控加工刀軸矢量的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：確定溝槽型微織構和肋條型微織構的參數，并根據微織構參數確定使用的刀具類型和參數；

步驟2：根據微織構模型提取刀具路徑曲線并在曲線上規則生成一系列插補點作為刀心點；

步驟3：以刀具路徑曲線上一刀心點CC_i為原點，如果刀具的前進方向和刀具路徑曲線的參數增加方向一致，取刀具路徑曲線上該刀心點處的單位切矢t為X軸，否則取t的反方向為X軸，過刀心點CC_i做垂直于X軸的截面，該截面和原光滑葉片表面的交線經過刀心點CC_i的法線方向為坐標系的Z軸方向，根據右手法則建立三維坐標系；

步驟4：以步驟3建立的三維坐標系的XOZ平面為基面，圍繞X軸旋轉一定角度，得到參考平面；對于三角形截面溝槽類型的微織構，和肋條類型的微織構，針對刀具路徑曲線上的每個刀心點，先后執行兩次旋轉操作得到兩個分別與三角形兩個斜面平行的參考平面，并分別求解刀軸矢量；

步驟5：將當前葉片曲面和相鄰葉片曲面向外相向偏置，在步驟4的參考平面與偏置曲面的交線C1和C2上分別取一動點I₁和I₂，計算得到在點I₂處的臨界刀軸矢量a₂；

步驟6：在步驟3坐標系的YOZ平面與交線C₁的外側的兩個交點E和F之間尋找滿足判斷條件的動點I₁并計算在動點I₁處的臨界刀軸矢量a₁；

步驟7：取臨界刀軸矢量a₂和a₁的二分角方向作為初始刀軸方向，并利用臨界刀軸矢量a₂和a₁計算得到刀軸矢量

步驟8：依次計算出刀具路徑曲線上所有刀心點的刀軸矢量k_i,i＝1,2,...,n，以刀軸矢量為優化變量，以機床旋轉軸以及刀具加工傾角的變化量加權和為優化目標，n為刀心點數量；約束條件為臨界刀軸矢量a₁和a₂，建立刀軸矢量的優化數學模型，對刀軸矢量k_i進行優化；

步驟5中，如果參考平面與相鄰葉片的原光滑曲面的偏置面存在交線，則動點I₂計算公式如下：

其中，θ為刀具刃徑到柄徑過渡的半圓錐角；

根據上述公式計算出一動點I₂，若計算出的矢量n未超出機床旋轉軸行程，則n＝a₂；

若參考平面與相鄰葉片的原光滑曲面的偏置面沒有交線或矢量n超出機床旋轉軸行程，則根據刀軸矢量與機床旋轉軸極限坐標的運動變換關系方程在該參考平面內確定該刀心點處的臨界刀軸矢量a₂；

步驟6中動點I₁的判斷條件為：

其中，表示直線與交線C₁只有一個交點；

若此動點I₁在交線C1端點F處取得，則用于此處刀具前進方向上成θ角度的方向矢量取代計算出的矢量m；若矢量m未超出機床旋轉軸行程，則m＝a₁；否則根據刀軸矢量與旋轉軸極限坐標的運動變換關系方程，在該參考平面內確定a₁；

步驟8中優化目標的數學表達式為，

其中，u和v分別為機床旋轉軸角度變化和刀具傾角變化的權重因子，且u+v＝1；G_i和γ_i分別為刀具路徑曲線上第i個和第i+1個刀心點對應的機床旋轉軸角度變化度量指標和刀具傾角變化度量指標，其表達式為：

其中，(A_i,C_i)為刀具路徑曲線上第i個刀心點刀軸矢量k_i對應的機床旋轉軸的角度坐標，(α_i,β_i)為三維坐標系中的刀具前傾角和側傾角，計算方法如下，

其中，點Q為步驟3中Z軸與刀具路徑的交點。