CN103454968B - 拐角高速铣削的刀轨生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拐角高速铣削的刀轨生成方法，采用带有刀具的机床对拐角进行高速铣削加工，确定拐角平分线，依照圆弧与直线的偏移算法获得偏移距离dp，再按照y=x×dp确定单位长度y分割所述拐角平分线，在所述拐角内做与所述拐角的两侧边均相切的若干循环圆，且所述拐角平分线的分割点分别位于各所述循环圆上，依次从大到小铣削各所述循环圆，其中x为拐角优化修正系数。本发明依据型腔环切法的等距偏移的方法，在拐角处插入生成的循环圆，进而完成了对刀具轨迹的优化，不但能快速清除拐角处加工残余，而且优化了拐角加工过程中的铣削力和振动，保证了拐角的加工精度，同时也保证了铣削的高速性。

Description

拐角高速铣削的刀轨生成方法

技术领域

本发明涉及机加工领域，尤其涉及一种拐角高速铣削的刀轨生成方法。

背景技术

高速铣削加工在模具数字化制造中扮演着重要的角色，而这也经常涉及到对型腔拐角采用高速铣削加工。在采取由外向内高速铣削型腔时，如果型腔拐角较小时，高速铣削加工后往往会在拐角处出现加工残余，通常是在型腔拐角处增加辅助轨迹进行去除，线设定拐角的对角线，对拐角的两侧边分别采用顺铣和逆铣两种方式，这样会产生严重的铣削冲击力，刀具磨损较快，甚至会产生刀具崩裂，或者在拐角处分割成很多小三角形，刀具沿着小三角形走刀，但是这样刀具就会在拐角区域频繁启动、加速、减速以及停止等，会严重影响高速铣削的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种既可快速去除加工残余又减小了铣削力的拐角高速铣削的刀轨生成方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种拐角高速铣削的刀轨生成方法，采用带有刀具的机床对拐角进行高速铣削加工，确定拐角平分线，依照圆弧与直线的偏移算法获得偏移距离dp，再按照y=x×dp确定单位长度y分割所述拐角平分线，在所述拐角内做与所述拐角的两侧边均相切的若干循环圆，且所述拐角平分线的分割点分别位于各所述循环圆上，依次从大到小铣削各所述循环圆，其中x为拐角优化修正系数。

进一步地，所述循环圆的数目其中θ为所述拐角的角度。

进一步地，所述循环圆的半径其中r₁为设定的最小循环圆半径。

再进一步地，包括的算法程序具有以下步骤：

1）输入原始轮廓链表以及加工行距，初始化偏移轮廓链表；

2）取轮廓中的首条轮廓L₀；

3）判断轮廓类型，分别根据圆弧与直线的偏移算法，按加工行距计算首条轮廓L₀的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

4）取首条轮廓的下一条轮廓L₁；

5）以步骤3）中的算法计算下一条轮廓L₁的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

6）计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否存在干涉，如果有干涉则进行除干涉计算，修改L₀的等距偏移轮廓的终点坐标和L₁的等距偏移轮廓的起点坐标；

7）计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否需要插入过渡轮廓，如果需要则计算过渡轮廓，并将其插入原始轮廓链表的L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间；

8）计算相邻刀具轨迹环间的长度L;

9）如果长度L大于加工行距则输入预定的拐角角度α，计算实际拐角J的角度θ；

10）如果θ不大于α，输入预定拐角J的角度θ以及拐角优化修正系数x，

计算循环圆的数目计算循环圆的半径并将其按顺序插入偏移轮廓链表；

11）如果L₁为最后一条轮廓，清空原始轮廓链表，将偏移轮廓链表中所有除循环圆弧外的轮廓按顺序复制到原始轮廓链表中，否则令L₁=L₀，重新开始步骤4）；

12）输出偏移轮廓链表和新的原始轮廓链表。

具体地，所述拐角的角度θ为0°-90°。

本发明具有下列技术效果：

本发明采用了一种生成循环圆的方法用来高速铣削加工拐角，循环圆的圆心位于拐角平分线上，且与拐角两侧边相切，依次由大到小铣削循环圆快速清除拐角加工残余；由于循环圆越来越小，拐角的切削量也越来越小，导致铣削力也较小，刀具的磨损较小，也不会造成刀具的振动，提高了拐角的加工精度；而且刀具在铣削下一个循环圆时是由拐角的侧边移动，并不用反复启动、加速、减速以及停止刀具，保证了刀具的高速铣削。

附图说明

图1为本发明实施例拐角插入循环圆后的轨迹示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明依据循环圆的生成方式，依次在轮廓的拐角处插入循环圆对刀具轨迹进行优化。

参见图1，本发明实施例提供了一种拐角高速铣削的刀轨生成方法，采用带有刀具的机床对拐角J进行高速铣削加工，首先确定拐角J平分线，再依照圆弧与直线的等距偏移算法，设定等距偏移dp，同时引入拐角优化修正系数x，通过y=x×dp获得单位长度y，用单位长度y分割拐角J平分线，且在拐角J内做出若干与拐角J两侧边相切的循环圆，且拐角J平分线上的各割点分别位于各循环圆上，依次从大到小铣削各循环圆。刀具首先沿着E₁到E₂，绕圆O₃一圈到E₂，绕O₂一圈到E₃，依次再到E₄，绕O₁的圆弧到F₄，然后经F₂和F₃直接到F₁，当然其中的A₃A₂以及A₂A₁之间的距离应该小于O₁O₂以及O₂O₃之间的距离，否则铣削不完整。这样在铣削时快速清除了拐角加工残余；而且循环圆越来越小，铣削时的铣削力较小，不会出现振动，保证了拐角J加工的精度；进一步地在铣削两个循环圆时刀具沿拐角J两侧边移动，不会过多地出现刀具的启动、加速、减速以及停止，保证了刀具的高速铣削。

进一步地，计算循环圆的个数：由于A₂A₁<y，A₃A₂<y，……，依次可得A_iA_i-1<y，这样 $\frac{\mathrm{dp}}{\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}-(i-1)y<y,$ 进一步地，可以得到 $i>\frac{1}{x\&times;\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}},$ 当然在计算i时应该将其取整，取大于或等于i的最小整数。

进一步地，循环圆的半径参见图1，r₁=O₁A₁，r₂=O₂A₂，∠E₁JF₁=θ，y=∣A₁A₁∣,r₁为最小的循环圆半径，一般默认为行距或刀具的半径值， $\left|{\mathrm{JA}}_1\right|=\frac{r_1}{\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}-r_1=r_1(\frac{1}{\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}-1),$ 又因为 $\left|{\mathrm{JA}}_1\right|+y+r_2=\frac{r_2}{\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}},$ 从而可以得到 $r_2=r_1+\frac{y\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}{1-\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}},$ 同理 $r_3=r_1+\frac{2y\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}{1-\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}},$ 进而 $r_i=r_1+(i-1)y\frac{\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}{1-\sin \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}}.$

再进一步地，本实施例还包括了一种算法程序，其具有以下步骤：

1）输入原始轮廓链表以及加工行距，初始化偏移轮廓链表；

2）取轮廓中的首条轮廓L₀，确定初始位置；

3）判断轮廓类型，分别根据圆弧与直线的偏移算法，按加工行距计算首条轮廓L₀的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

4）取首条轮廓的下一条轮廓L₁；

5）以步骤3）中的算法计算下一条轮廓L₁的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

6）计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否存在干涉，如果有干涉则进行除干涉计算，修改L₀的等距偏移轮廓的终点坐标和L₁的等距偏移轮廓的起点坐标；

7）计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否需要插入过渡轮廓，如果需要则计算过渡轮廓，并将其插入原始轮廓链表的L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间；

8）计算相邻刀具轨迹环间的长度L;

9）如果长度L大于加工行距则输入预定的拐角角度α，计算实际拐角J的角度，对于α的取值小于90°，过大的α值会导致循环圆的半径过大，造成干涉；

10）如果θ不大于α，则输入预定拐角J的角度θ以及拐角优化修正系数x，计算循环圆的数目计算循环圆的半径并将其按顺序插入偏移轮廓链表；

11）如果L₁为最后一条轮廓，清空原始轮廓链表，将偏移轮廓链表中所有除循环圆弧外的轮廓按顺序复制到原始轮廓链表中，否则令L₁=L₀，重新开始步骤4）；

12）输出偏移轮廓链表和新的原始轮廓链表。

当然在本实施例中，拐角J的角度θ一般不超过90°，依照循环圆个数i计算公式，在拐角J的角度θ较小时，循环圆的个数i增大，而在拐角J的角度θ较大时，循环圆的个数i减小，不利于对拐角的高速铣削,而且在拐角J的角度θ超过90°时，L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间会出现干涉，在拐角J的角度θ不超过90°时，则L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间不会出现干涉，基本不用进行6）和7）两步操作。

具体地，拐角的优化修正系数x为一个设定值，其取值范围为0-1，而且拐角J的角度θ越大，拐角优化修正系数x取较大值，反之应取较小值。但是如果选择较小的拐角优化系数x会导致循环圆的数量较多，从而使得走刀时间过长，因此拐角优化修正系数x一般在0.5左右，而对于30°这些较小角度，一般将拐角优化系数x设在0.3-0.4。

以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种拐角高速铣削的刀轨生成方法，采用带有刀具的机床对拐角进行高速铣削加工，其特征在于：确定拐角平分线，依照圆弧与直线的偏移算法获得偏移距离dp，再按照y＝x×dp确定单位长度y分割所述拐角平分线，在所述拐角内做与所述拐角的两侧边均相切的若干循环圆，且所述拐角平分线的分割点分别位于各所述循环圆上，依次从大到小铣削各所述循环圆，其中x为拐角优化修正系数；

所述循环圆的数目其中θ为所述拐角的角度；

所述循环圆的半径其中r₁为设定的最小循环圆半径；

所述拐角高速铣削的刀轨生成方法包括的算法程序具有以下步骤：

1)输入原始轮廓链表以及加工行距，初始化偏移轮廓链表；

2)取轮廓中的首条轮廓L₀；

3)判断轮廓类型，分别根据圆弧与直线的偏移算法，按加工行距计算首条轮廓L₀的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

4)取首条轮廓的下一条轮廓L₁；

5)以步骤3)中的算法计算下一条轮廓L₁的等距偏移轮廓，并将其插入偏移轮廓链表；

6)计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否存在干涉，如果有干涉则进行除干涉计算，修改L₀的等距偏移轮廓的终点坐标和L₁的等距偏移轮廓的起点坐标；

7)计算L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间是否需要插入过渡轮廓，如果需要则计算过渡轮廓，并将其插入原始轮廓链表的L₀的等距偏移轮廓与L₁的等距偏移轮廓之间；

8)计算相邻刀具轨迹环间的长度L；

9)如果长度L大于加工行距则输入预定的拐角角度α，计算实际拐角J的角度θ；

10)如果θ不大于α，输入预定拐角J的角度θ以及拐角优化修正系数x，计算循环圆的数目计算循环圆的半径并将其按顺序插入偏移轮廓链表；

11)如果L₁为最后一条轮廓，清空原始轮廓链表，将偏移轮廓链表中所有除循环圆弧外的轮廓按顺序复制到原始轮廓链表中，否则令L₁＝L₀，重新开始步骤4)；

12)输出偏移轮廓链表和新的原始轮廓链表。

2.如权利要求1所述的拐角高速铣削的刀轨生成方法，其特征在于：所述拐角的角度θ为0°-90°。