[發明專利]一種無干涉刀軸方向獲得方法及刀具軌跡規劃方法

在審

• 申請號: 202210610246.5
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115167275A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 柯曉龍;李田
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 泉州市潭思專利代理事務所(普通合伙) 35221
• 代理人: 麻艷

本發明公開了一種無干涉刀軸方向獲得方法及刀具軌跡規劃方法，所述的無干涉刀軸方向獲得方法包括如下步驟：一、以刀具軌跡上各刀位點的法矢方向作為初始刀軸方向；二、判斷刀具軌跡上各刀位點的初始刀軸方向是否存在全局干涉；三、非干涉刀軸方向的確定，對判斷不存在全局干涉的點以初始刀軸方向為無干涉刀軸方向；對于存在全局干涉的點，最后通過相鄰的兩個已確定刀軸方向的點，構造刀軸方向可行域，進行兩點之間未確定刀軸方向點的無干涉刀軸方向計算。本發明還公開了一種刀具軌跡規劃方法。本發明將復雜曲面的銑削加工中產生的全局干涉和局部過切問題分開處理，大大簡化了計算方法，且通用性好，實用性強。

技術領域

本發明涉及數控銑削加工的技術領域，尤其涉及一種無干涉刀軸方向獲得方法及刀具軌跡規劃方法。

背景技術

目前，在航空航天、汽車和模具等制造業中，存在很多具有復雜曲面外形的零件，這類零件的生產制造往往是整個生產過程中的難點。隨著計算機技術的發展，數控技術為這類零件的生產制造提供了更好的選擇。數控加工中，加工程序的好壞直接影響了零件的加工效果和加工效率，手動人工數控編程、程序試切驗證等傳統制造工藝已經無法滿足快速發展的工業需求。

計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing，簡稱CAM)技術是數控技術的關鍵環節，CAM軟件根據零件的幾何信息，自動進行刀具軌跡的規劃和加工程序的生成。對于復雜曲面的數控加工必須借助CAM軟件，因此，CAM 軟件對當今制造業的發展非常重要。

CAM技術中，刀具軌跡規劃是其中的重要環節。對于四軸或五軸數控加工中，由于轉臺的引入，使刀具可根據工件表面的面形進行變姿態加工，以適應工件的復雜曲面，因此比三軸機床更適合復雜工件的加工。

然而在刀具可變姿態的加工過程中，刀具可能會與工件表面發生干涉。干涉包括局部過切和全局干涉，如圖1A所示。其中局部過切是指刀具刀頭和工件表面在局部范圍內的干涉；全局干涉則是指刀具整體與工件、夾具及工作臺等的干涉。相比較而言，全局干涉是一個全局性問題，其檢測和處理過程要復雜、困難得多。因刀具的夾具和工作臺等設備的非一致性，因此本發明只考慮刀具與工件表面之間的全局干涉。

局部過切是因刀具存在半徑引起的，其通常在刀具位置優化過程中來避免。如圖1B所示，是刀具與工件表面局部過切示意圖。為便于確定刀具在工件坐標系中的位置，通常選取刀具一固定位置作為控制刀具運動的驅動點，該點被稱之為刀位點，刀具刀位點的軌跡即為刀具軌跡。以曲面加工中常用的球刀為例，以球刀刀尖作為刀位點。若直接驅動刀具沿刀具軌跡進行加工，因刀具半徑的存在，刀具在點P位置時與工件表面產生了干涉，帶來了局部過切，從而影響工件表面的面形精度與質量。

現有技術中，為了避免局部過切和全局干涉，主要是通過修正刀具角度來解決。例如：CN201310467081.1公開的“一種基于刀具姿態漸變的加工誤差均布方法”、CN201710748234.8公開的“一種基于協變場泛函的刀軸矢量優化方法”。然而，現有技術解決方案通常是采用調整刀具姿態同時解決避免局部過切和全局干涉兩個問題，因此整體算法變為復雜，也不具備通用性。

因此，為保證加工工件表面的質量，避免刀具與工件表面的局部過切或全局干涉，必須尋求一種計算方法簡單、通用性好的無干涉刀軸方向確認方法及刀具軌跡規劃方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種計算方法簡單、通用性好的無干涉刀軸方向獲得方法。

本發明所要解決的另一技術問題在于提供一種刀具軌跡規劃方法，其同時使用所述無干涉刀軸方向獲得方法，并可避免刀具過切。

為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案是：

一種無干涉刀軸方向獲得方法，包括如下步驟：

一、確定初始刀軸方向，以刀具軌跡上各刀位點的法矢方向作為初始刀軸方向；