CN107350528B - 转角插铣加工的插铣点位构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，属于飞机结构件数字化制造技术领域。该方法是基于转角残留区域，在保证加工刀具极限切宽的前提下，以刀具加工切宽为步距，采用残留退缩的方式进行分层布点，进而实现转角插铣点位的构建。本发明提出的方法可以实现结构件中转角插铣加工点位的构建，该方法为转角插铣快速数控编程提供关键技术，实现了基于残留域的转角插铣加工数控程序的快速编制，同时，该方法对于其它结构特征的插铣加工编程具有较大的借鉴作用。

Description

转角插铣加工的插铣点位构建方法

技术领域

本发明涉及一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，属于飞机结构件数字化制造技术领域。

背景技术

在现有的CAD/CAM系统中，转角插铣加工编程需要人工交互创建所有的插铣点位，但是，由于转角残留区域的多样性，使得人工创建插铣点位非常繁琐复杂，而且，目前，针对转角插铣点位创建也没有固定有效的方法，因此，许多编程人员在转角加工编程中，只能退而求其次，选择加工效率较低的轮廓铣削加工，这样，一方面造成了转角程序的加工效率低下，另一方面，尤其是对于深窄型的转角，表面加工质量较差甚至是难以满足设计要求。为此，亟需提供一种有效的转角插铣加工插铣点位自动构建的方法，以满足插铣加工数控编程的需求。

发明内容

本发明提供了一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，该方法是基于转角残留区域，在保证加工刀具极限切宽的前提下，以刀具加工切宽为步距，采用残留退缩的方式进行分层布点，进而实现转角插铣点位的构建。

本发明的技术方案：

转角插铣加工的插铣点位构建方法，步骤如下：

(1)转角残留区域的构建：依据上把加工刀具的相关加工参数，获取上把刀具加工后形成的转角残留区域，该区域就是插铣加工的待加工区域；

(2)初始刀位轨迹线构建：将上把刀具加工的圆弧边界线向其圆心方向偏置一定距离(该距离等于刀具半径减去刀具切宽)，即可获得初始刀位轨迹线，后续以此轨迹线为基准，在残留区域进行分层；

(3)插铣布点域：依据当前加工的加工参数以及转角边界，求得插铣点位的布置区域；

(4)残留退缩式分层：以初始刀位轨迹线为基准，刀具切宽为步距，沿残留逐渐缩小的方向进行分层，这样可以保证每层插铣达到允许的最大切宽，有助于节约插铣刀位点，提升加工效率；

(5)计算有效布点轮廓线：通过边界约束和切宽约束，获取有效布点轮廓线，这样可保证刀位点不浪费，加工不过切；

6)进刀点计算：依据用户定制的允许残留量，沿残留退缩的方向，逐层在有效布点轮廓线上进行进刀点布置；

(7)退刀点计算：与进刀点对应，在由进刀点指向上把加工刀具圆心的方向，计算相应的退刀点，这样可以避免退刀对已加工表面造成过切等；

(8)插铣点位集计算：每一步插铣加工，都包含进刀和退刀两阶段，进刀阶段包括进刀起始点和进刀终止点，退刀阶段包括退刀起始点和退刀终止点，按照前面计算的进、退刀点位，以转角轴向的最高点和最低点为边界，计算出转角插铣加工的完整点位集。

本发明的有益效果：本发明提出的方法可以实现结构件中转角插铣加工点位的构建，该方法为转角插铣快速数控编程提供关键技术，实现了基于残留域的转角插铣加工数控程序的快速编制，同时，该方法对于其它结构特征的插铣加工编程具有较大的借鉴作用。

附图说明

图1转角残留区域示意图。

图2初始刀位轨迹构建示意图。

图3插铣布点域E_c示意图。

图4残留退缩式分层示意图。

图5有效布点轮廓线示意图。

图6进刀点计算示意图。

图7退刀点计算示意图。

具体实施方式

本发明是建立在CAD/CAM系统平台上，实现转角插铣加工的插铣点位构建的一种方法。下面结合附图对本发明的实施实例进行详细的说明，本实施实例是在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。本发明实施详细步骤如下：

1)转角残留区域构建

(1)将转角切入端轮廓线l_i向转角圆心方向偏置切入端余量δ_i，得到上把刀具加工切入边界线l_pi，同理，将l_o向圆心侧偏置余量δ_o，得到上把刀具加工切出边界线l_po；

(2)以上把刀具半径R_p为半径，对边界线l_pi、l_po进行倒圆角，获得圆弧线l_pc，切点A为切宽增大起始点，切点B为切宽增大结束点，至此，由边界线 l_i、l_c、l_o以及l_pc包围形成的区域σ_p即为转角残留区域(图1)。

2)初始刀位轨迹线构建

(1)偏置量δ计算：

δ＝R_c－W_c；

式中：

R_c为当前加工刀具的半径，

W_c为当前刀具的切宽。

(2)以上把刀具加工边界线l_pc为基准，向上把刀具所形成残留圆角的圆心 O_p一侧偏置δ，即可获得初始刀位轨迹线f₁，其中F_s为起始点，F_e为终止点(图 2)。

3)插铣布点域E_c构建

(1)偏置量δ_c计算：

δ_c＝R_c+A_c

式中：

R_c为当前加工刀具的半径，

A_c为当前刀具加工后的余量。

(2)将转角轮廓线l_i、l_c、l_o向圆心O_p所在内侧方向偏置δ_c，获得基于转角轮廓线的刀位轨迹边界线，包括边界线b_i、b_c、b_o，当R_c≥r_c时(r_c为待加工转角半径)，边界线b_c不存在。连接AO_p，与b_i相交于B_s，连接BO_p，与b_o相交于B_e，B_s为边界线起始点，B_e为边界线终止点。

由边界线b_i、b_c、b_o、B_eO_p和O_pB_s组成的环所包围的区域E_c为插铣布点域(图3)。

4)基于残留域进行残留退缩式分层

当初始刀位轨迹线f₁与b_i、b_c、b_o均不相交，且f_i不包含在插铣布点域 E_c时，分层结束，加工转角残留需要分层数N＝1；否则，以初始刀位轨迹线f₁为基线，沿去除余量的方向(由O_p指向O_c的方向)逐层进行偏置，偏置量为当前刀具切宽W_c，每层偏置线f_i＝f₁+(i-1)×W_c。当f_i与b_i、b_c、b_o均不相交，且f_i不包含在插铣布点域E_c时，分层结束，加工转角残留需要分层数 N＝i。

5)计算每层有效布点轮廓线

设第i层插铣布点域为E_i。当i＝1时，E_i＝E_c；当i≥ 2时，E_i＝E_i-1－V_i-1；

设第i层刀位轮廓域为T_i。延长线段O_pB_e和O_pB_s，与分层圆弧偏置线f_i分别交于F_ei、F_si，则由f_i、O_pF_ei、O_pF_si组成环所包围区域即为T_i；

设第i层有效布点域为V_i，则有V_i＝E_i∩T_i，提取V_i边界环L_i，由此即可求得，第i层有效布点轮廓线L_vi(图5)：

L_vi＝L_i∩{f_i，b_i，b_c，b_o}；

6)计算插铣进刀点位集P_a

设第i层有效布点轮廓线L_vi＝{m_i，m_c，m_f，m_o}，其中m_i∈b_i，m_c∈ b_c，m_f∈f_i，m_o∈b_o，针对不同分层，m_i，m_c，m_f，m_o可以为空，但不能全部为空。

L_vi包含多段线段，需要分段进行布点。

(1)在m_f上进行布点：

以m_f为基准，向残留退缩方向偏置R_c，获得理论加工边界线b。取m_f两端点，分别以两端点为圆心，作半径均为R_c的圆c₁和c₂，当c₁和c₂相交且二者相交所形成的尖点(取距离理论加工边界线b较近的交点，该点为实际加工中真实的残留尖点)与b的距离H≤W_cmax(W_cmax表示当前刀具的极限切宽) 时，完成m_f上插铣布点；当c₁和c₂不相交或者二者相交所形成的尖点与b的距离H＞W_cmax时，等距递增1个插铣点位，再次判别相邻两刀所形成残留是否满足H≤W_cmax，如果不满足条件，继续等距递增1个插铣点位，直至相邻两刀间残留满足条件H≤W_cmax，完成该段区域插铣布点。

(2)在m_i，m_c，m_o上布点：

在m_i，m_c，m_o上布点时，除判别条件有所区别外，其余方法同上。首先对待布点边线向残留退缩方向偏置R_c，获得理论加工边界线，然后以待布点边线两端点开始，判别相邻两刀的残留H是否满足条件H≤A(A为用户定制的允许最终残留量)，如果满足条件H≤A，则停止布点，否则，等距增加1个插铣点，并判别相邻两刀残留H是否满足判别条件，直至满足条件H≤A，完成该段区域的插铣布点。

(3)分段完成布点后，形成点位集P_i,对P_i进行去重复处理,然后以O_p为参考点，对P_i包含点进行逆时针排序，至此完成第i层有效布点轮廓线L_vi上的插铣布点，求得点位集P_i。

(4)按照上述方法，依次获得每层的点位集P₁、P₂……P_n，由此，可求得进刀点位集P_a为:

7)计算插铣退刀点位集P_r

设退刀方向向量则有

设P_ai为进刀点位集P_a中第i个点，以P_ai为基点，按方向偏置距离D_ret,即可求的当前进刀点P_ai对应的退刀点P_ri，据此，求得与进刀点位集P_a对应的退刀点位集P_r。

8)计算插铣点位集P

设进刀点位集P_a中第i个点为P_ai，将点P_ai沿着转角轴线方向分别向转角的顶面和底面进行投影，得到进刀阶段的两极限位置点P_aui、P_adi；

设退刀点位集P_r中第i个点为P_ri，将点P_ri沿着转角轴线方向分别向转角的底面和顶面进行投影，得到退刀阶段的两极限位置点P_rdi、P_rui；

由此可求得转角残留区域插铣加工的插铣点位集P为：

Claims (1)

1.一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，其特征在于，步骤如下：

(1)转角残留区域构建：

1)将转角切入端轮廓线l_i向转角圆心方向偏置切入端余量δ_i，得到上把刀具加工切入边界线l_pi，同理，将l_o向圆心侧偏置余量δ_o，得到上把刀具加工切出边界线l_po；

2)以上把刀具半径R_p为半径，对边界线l_pi、l_po进行倒圆角，获得圆弧线l_pc，切点A为切宽增大起始点，切点B为切宽增大结束点，至此，由边界线l_i、l_c、l_o以及l_pc包围形成的区域σ_p即为转角残留区域；l_c为转角残留区域顶部的端点；

(2)初始刀位轨迹线构建：

1)偏置量δ计算：

δ＝R_c－W_c；

式中：R_c为当前加工刀具的半径，W_c为当前刀具的切宽；

2)以上把刀具加工边界线l_pc为基准，向上把刀具所形成残留圆角的圆心O_p一侧偏置δ，即获得初始刀位轨迹线f₁，其中F_s为起始点，F_e为终止点；

(3)插铣布点域E_c构建：

1)偏置量δ_c计算：

δ_c＝R_c+A_c

式中：R_c为当前加工刀具的半径，A_c为当前刀具加工后的余量；

2)将转角轮廓线l_i、l_c、l_o向圆心O_p所在内侧方向偏置δ_c，获得基于转角轮廓线的刀位轨迹边界线，包括边界线b_i、b_c、b_o，当R_c＞＝r_c时，r_c为待加工转角半径，边界线b_c不存在；连接AO_p，与b_i相交于B_s；连接BO_p，与b_o相交于B_e；B_s为边界线起始点，B_e为边界线终止点；

由边界线b_i、b_c、b_o、B_eO_p和O_pB_s组成的环所包围的区域E_c为插铣布点域；

(4)基于残留域进行残留退缩式分层：

当初始刀位轨迹线f₁与b_i、b_c、b_o均不相交，且f_i不包含在插铣布点域E_c时，分层结束，加工转角残留需要分层数N＝1；否则，以初始刀位轨迹线f₁为基线，沿去除余量的方向，由O_p指向O_c的方向逐层进行偏置，偏置量为当前刀具切宽W_c，每层偏置线f_i＝f₁+(i-1)×W_c；当f_i与b_i、b_c、b_o均不相交，且f_i不包含在插铣布点域E_c时，分层结束，加工转角残留需要分层数N＝i；

(5)计算每层有效布点轮廓线：

设第i层插铣布点域为E_i；当i＝1时，E_i＝E_c；当i≥2时，E_i＝E_i-1－V_i-1；

设第i层刀位轮廓域为T_i；延长线段O_pB_e和O_pB_s，与分层圆弧偏置线f_i分别交于F_ei、F_si，则由f_i、O_pF_ei、O_pF_si组成环所包围区域即为T_i；

设第i层有效布点域为V_i，则有V_i＝E_i∩T_i，提取V_i边界环L_i，由此即求得，第i层有效布点轮廓线L_vi：

L_vi＝L_i∩{f_i，b_i，b_c，b_o}；

(6)计算插铣进刀点位集P_a：

设第i层有效布点轮廓线L_vi＝{m_i，m_c，m_f，m_o}，其中m_i∈b_i，m_c∈b_c，m_f∈f_i，m_o∈b_o，针对不同分层，m_i，m_c，m_f，m_o为空，但不能全部为空；

L_vi包含多段线段，需要分段进行布点；

1)在m_f上进行布点：

以m_f为基准，向残留退缩方向偏置R_c，获得理论加工边界线b；取m_f两端点，分别以两端点为圆心，作半径均为R_c的圆c₁和c₂，当c₁和c₂相交且二者相交所形成的尖点与b的距离H≤W_cmax时，完成m_f上插铣布点；所述的尖点取距离理论加工边界线b较近的交点，该点为实际加工中真实的残留尖点；W_cmax表示当前刀具的极限切宽；当c₁和c₂不相交或者二者相交所形成的尖点与b的距离H＞W_cmax时，等距递增1个插铣点位，再次判别相邻两刀所形成残留是否满足H≤W_cmax，如果不满足条件，继续等距递增1个插铣点位，直至相邻两刀间残留满足条件H≤W_cmax，完成该段区域插铣布点；

2)在m_i，m_c，m_o上布点：

在m_i，m_c，m_o上布点时，除判别条件有所区别外，其余方法同上；首先对待布点边线向残留退缩方向偏置R_c，获得理论加工边界线，然后以待布点边线两端点开始，判别相邻两刀的残留H是否满足条件H≤A，A为确定的允许最终残留量，如果满足条件H≤A，则停止布点，否则，等距增加1个插铣点，并判别相邻两刀残留H是否满足判别条件，直至满足条件H≤A，完成该段区域的插铣布点；

3)分段完成布点后，形成点位集P_i,对P_i进行去重复处理，然后以O_p为参考点，对P_i包含点进行逆时针排序，至此完成第i层有效布点轮廓线L_vi上的插铣布点，求得点位集P_i；

4)按照上述方法，依次获得每层的点位集P₁、P₂……P_n，由此，求得进刀点位集P_a为:

(7)计算插铣退刀点位集P_r：

设退刀方向向量则有

设P_ai为进刀点位集P_a中第i个点，以P_ai为基点，按方向偏置距离D_ret，即求的当前进刀点P_ai对应的退刀点P_ri，据此，求得与进刀点位集P_a对应的退刀点位集P_r；

(8)计算插铣点位集P：

设进刀点位集P_a中第i个点为P_ai，将点P_ai沿着转角轴线方向分别向转角的顶面和底面进行投影，得到进刀阶段的两极限位置点P_aui、P_adi；

设退刀点位集P_r中第i个点为P_ri，将点P_ri沿着转角轴线方向分别向转角的底面和顶面进行投影，得到退刀阶段的两极限位置点P_rdi、P_rui；

由此求得转角残留区域插铣加工的插铣点位集P为：