CN108345733A - 螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，包括:模拟主刀刃一次进给的三维运动轨迹，根据刀具与加工工艺的参数，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型；模拟加工时工件的进给运动，根据一次进给主刀刃轨迹的三维模型，在工件表面沿进给方向移动复制进给主刀刃轨迹的三维模型直至加工完成，获得加工刀刃轨迹三维模型。本发明通过三维建模方法建立成形表面三维模型，能够直观反映铣刀平面加工后的成形表面，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究成形表面的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。

Description

螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体而言，涉及一种螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法。

背景技术

研究平面加工的成形表面，通常采用二维作图法或者二维建模法，都是通过在二维图形中模拟顺铣加工平面的运动，绘制与铣刀中心线垂直的截面内余高区进给前后主刀刃轨迹构成的二维示意图。然而这类方法精度较差，且只能获得成形表面粗糙度，并不能够呈现成形表面的三维形状，也导致无法对成形表面做进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，以改善现有技术中难以在模型中呈现成形表面的三维形状，进而导致难以进行成形表面的微观研究的问题。

本发明较佳实施例提供：

螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，包括:

模拟主刀刃一次进给的三维运动轨迹，根据刀具与加工工艺的参数，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型；

模拟加工时工件的进给运动，根据一次进给主刀刃轨迹的三维模型，在工件表面沿进给方向移动复制一次进给主刀刃轨迹的三维模型直至加工完成，获得加工刀刃轨迹三维模型。

进一步的，刀具与加工工艺的参数包括主刀刃的直径、主刀刃的长度、进给量。

进一步的，在建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型步骤之前，还包括以下步骤：根据刀具与加工工艺的参数，建立平面加工的二维模型，获得余高区的截面。

进一步的，根据刀具与加工工艺的参数，建立平面加工的二维模型，获得余高区的截面，具体包括：

在垂直于刀具中心线的截面上，模拟刀具的平面运动；

根据主刀刃轮廓的直径、进给量，模拟进给前主刀刃轮廓以及进给后主刀刃轮廓，建立平面加工的二维模型；

基于二维模型，进而获得进给前主刀刃轮廓、进给后主刀刃轮廓以及成形表面之间形成的余高区的截面。

进一步的，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型，具体包括以下步骤：：

根据主刀刃的直径与进给量，模拟主刀刃的运动，构建主刀刃的前端点转一周的轨迹曲线，以及构建主刀刃的后端点转一周的轨迹曲线；

根据主刀刃的前端点的轨迹曲线、后端点的轨迹曲线，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型。

进一步的，应用UG软件，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型以及成形表面的三维模型。

本发明的有益效果是：

通过三维建模方法建立成形表面三维模型，能够直观反映铣刀平面加工后的成形表面，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究成形表面的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。进一步的，三维建模方法通过先建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型，基于此进一步模拟进给运动，在进给方向上复制移动一次进给主刀刃轨迹的三维模型，从而获得整个成形表面的三维模型，具有构建方法便捷、快速，且精度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例中建立平面加工的二维模型示意图。

图2为实施例中建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型示意图。

图3为实施例中建立加工刀刃轨迹三维模型的三维模型示意图。

图标：1-工件；2-成形表面；3-进给前主刀刃轮廓；4-进给后主刀刃轮廓；5-余高区的截面；6-待加工表面；7-主刀刃轨迹曲面前区；8-主刀刃轨迹曲面后区；9-切入区；10-加工区；11-切出区；f-进给量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，包括：

S1，根据刀具与加工工艺的参数，建立平面加工的二维模型，获得余高区的截面；其中，刀具与加工工艺的参数包括主刀刃的直径、主刀刃的长度、进给量f等；

S2，模拟主刀刃一次进给的三维运动轨迹，根据余高区的截面，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型；

S3，模拟加工时工件1的进给运动，根据一次进给主刀刃轨迹的三维模型，在工件1表面沿进给方向持续构建进给主刀刃轨迹的三维模型直至加工完成，获得加工刀刃轨迹三维模型。

优选的，应用UG软件，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型以及成形表面2的三维模型。当然可以理解，其它能够实现运动仿真与运动轨迹模拟的三维软件也能够使用。

通过三维建模方法建立成形表面2三维模型，能够直观反映铣刀平面加工后的成形表面2，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究成形表面2的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。进一步的，三维建模方法通过根据获得的余高区的截面，先建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型，基于此进一步模拟进给运动，在进给方向上复制移动一次进给主刀刃轨迹的三维模型，从而获得整个成形表面2的三维模型，具有构建方法便捷、快速，且精度高的优点。

步骤S1中，具体包括以下步骤：

S11，在垂直于刀具中心线的截面上，模拟刀具的平面运动；

如图1所示，在垂直于刀具中心线的截面上，建立坐标系，因此刀具在该二维模型上的投影轮廓为垂直于中心线的截面轮廓，在坐标系上模拟出刀具的运动轨迹。如沿垂直于刀具中心线的方向顺铣或者逆铣，则刀具在二维模型上的运动轨迹为沿垂直刀具中心线的方向的直线。

S12，根据主刀刃的直径、进给量f，模拟进给前主刀刃轮廓3以及进给后主刀刃轮廓4，建立平面加工的二维模型；

在投影截面中绘制工件1，并根据刀具的旋转运动轨迹分别绘制进给前主刀刃轮廓3、进给后主刀刃轮廓4，进给后指相对进给前转一周完成一次进给。具体的，在投影截面绘制体现加工表面的工件1，根据主刀刃轮廓的直径绘制进给前主刀刃轮廓3，并根据主刀刃轮廓的直径、进给量f绘制进给后主刀刃轮廓4。如主刀刃轮廓为直径D1的圆，则在进给前的位置上绘制一个与成形表面2相切、且直径为D1的圆，再在沿进给方向上距离进给前的位置为一个进给量f的位置上，以同样的方式绘制一个圆，得到进给后主刀刃轮廓4，即完成进给前后主刀刃轮廓的绘制。二维模型中，能够反馈出主刀刃轮廓的直径、进给量f，运动轨迹以及进给方向等。其中，进给后主刀刃轮廓一侧靠近待加工面6

S13，基于二维模型，进而获得进给前主刀刃轮廓3、进给后主刀刃轮廓4以及成形表面2之间形成的余高区的截面5。

在二维模型中，进给前主刀刃轮廓3、进给后主刀刃轮廓4与成形表面2之间围成的区域为余高区，该区域在成形表面2上残留下来。余高区的截面大致呈三角形，因此在三维空间中余高区以截面形状沿主刀刃轨迹扫描的凸起结构，其大致呈三棱柱或三棱条。

在S1步骤中，通过二维模型能够反馈出一些重要信息，且能够预估出三维空间中成形表面2的大致形态，有助于三维模型的建立，以及可以作为三维模型建立后的验证。

在S2步骤中，具体包括以下步骤：

S21，根据主刀刃轮廓的直径与进给量f，模拟主刀刃的运动，构建主刀刃的前端点转一周的轨迹曲线，以及构件主刀刃的后端点转一周的轨迹曲线；

如，在UG软件中，建立坐标系，并基于主刀刃轮廓的直径、进给量f、进给方向、刀具旋转转速等参数，模拟主刀刃的运动。首先，在y＝0截面上，建立主刀刃从进给前的位置到进给后的位置转一周，主刀刃的前端点的轨迹曲线；其次，在y＝H的截面上，建立主刀刃从进给前的位置到进给后的位置转一周，主刀刃的后端点的轨迹曲线。H为主刀刃的前端点所在平面与后端点所在平面之间的间距。其中，前端点为主刀刃与成形表面2相切的最前端的点，后端点为主刀刃与成形表面2相切的最后端的点。前端点与后端点的进给前位置不同，前端点的进给前位置为前端点与成形表面2切合的位置，后端点的进给位置为同一周内后端点与成形表面2切合的位置。后端点的进给位置可以根据前主刀刃的前端点的进给位置、刀刃的长度、刀刃螺旋角等参数，通过几何计算获得。进给量f为刀具转一周每刀齿的进给量f，因此刀具不限定其具有几齿刀刃，且无需研究每一齿刀刃轨迹的三维模型，通过研究其中一齿刀刃轨迹的三维模型即可。

S22，根据主刀刃的前端点的轨迹曲线、后端点的轨迹曲线，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型。

如图2所示，在坐标系中，从前端点的轨迹曲线至后端点的轨迹曲线扫描，即为一次进给主刀刃轨迹的三维模型。

在S3步骤中，具体包括以下步骤：

在图2的基础上，利用UG软件的“变换”→“复制”功能，模拟刀具加工时在工件1的进给运动，将图2所示的一次进给刀刃轨迹三维模型沿进给方向“复制”且移动，每次在成形表面2上移动一个进给量f，且刀具螺旋角保持不变，直到加工出成形表面2，得加工刀刃轨迹三维模型如图3所示。即根据进给运动规则，将一次进给刀刃轨迹三维模型从切入区9到切出区11一直重复生成，整个加工区10中根据进给运动规则、进给量f等重复构建，相邻两个一次进给刀刃轨迹三维模型相互重叠。

图3中能够呈现出加工区10、成形表面2以及加工成形过程，研究人员根据需要具体应用加工刀刃轨迹三维模型。例如，将一次进给刀刃轨迹三维模型划分为主刀刃轨迹曲面前区7与主刀刃轨迹曲面后区8，一个一次进给刀刃轨迹三维模型的主刀刃轨迹曲面前区7或者主刀刃轨迹曲面后区8与相邻一次进给刀刃轨迹三维模型的主刀刃轨迹曲面后区8或者主刀刃轨迹曲面前区7的交线，交线高度为余高，即能够表示出表面粗糙度，也能够获得余高区的实际三维形状等。在UG软件中，应用软件中“信息”功能中的“点”的命令或功能，能够获得交线高度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，包括:

模拟主刀刃一次进给的三维运动轨迹，根据刀具与加工工艺的参数，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型；

模拟加工时工件的进给运动，根据一次进给主刀刃轨迹的三维模型，在工件表面沿进给方向移动复制一次进给主刀刃轨迹的三维模型直至加工完成，获得加工刀刃轨迹三维模型。

2.根据权利要求1所述的螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，刀具与加工工艺的参数包括主刀刃的直径、主刀刃的长度、进给量。

3.根据权利要求2所述的螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，在建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型步骤之前，还包括以下步骤：根据刀具与加工工艺的参数，建立平面加工的二维模型，获得余高区的截面。

4.根据权利要求3所述的螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，根据刀具与加工工艺的参数，建立平面加工的二维模型，获得余高区的截面，具体包括：

在垂直于刀具中心线的截面上，模拟刀具的平面运动；

根据主刀刃轮廓的直径、进给量，模拟进给前主刀刃轮廓以及进给后主刀刃轮廓，建立平面加工的二维模型；

基于二维模型，进而获得进给前主刀刃轮廓、进给后主刀刃轮廓以及成形表面之间形成的余高区的截面。

5.根据权利要求1所述的螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型，具体包括以下步骤：

根据主刀刃的直径与进给量，模拟主刀刃的运动，构建主刀刃的前端点转一周的轨迹曲线，以及构建主刀刃的后端点转一周的轨迹曲线；

根据主刀刃的前端点的轨迹曲线、后端点的轨迹曲线，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型。

6.根据权利要求5所述的螺旋铣刀平面加工成形表面三维建模方法，其特征在于，应用UG软件，建立一次进给主刀刃轨迹的三维模型以及成形表面的三维模型。