CN110716494B - 刀具参数识别法和基于刀具参数的摆线加工参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了刀具参数识别法和基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，获取摆线加工用刀具的片体模型；将刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；对刀具模型进行识别得到刀具参数；将得到的刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得优化后的进给值。本发明将刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得特定刀具摆线加工特定材料工件时的最佳加工进给值参数，在降低刀具磨损的同时最大限度提升摆线加工质量与效率。

Description

刀具参数识别法和基于刀具参数的摆线加工参数优化方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及刀具参数识别法和基于刀具参数的摆线加工参数优化方法。

背景技术

机匣零件常见于航空航天领域，是航空发动机结构中典型、重要的零部件之一，在国防、运载等领域有着广泛的应用，如压气机机匣、涡轮机匣等。在机匣零件的多轴数控加工领域中，机匣零件的结构复杂、应用领域特殊，往往采用高温合金、钛合金等典型难加工材料。材料的高强度、难切削性加剧了刀具与工件接触区的耦合作用，加剧了刀具的磨损，若不进行及时换刀，则会严重影响加工质量。

对于此类零件的加工，确保其加工过程的绝对稳定是首要任务。因此实际加工中往往采取保守的参数进行加工，从而导致切削加工效率较低，无法最大化发挥刀具与机床的效能。对于加工效率的提升，文献“摆线铣加工技术及其在航空发动机加工中的应用，航空制造技术，2015，Vol12，p47-50”公开了摆线铣在航空发动机零件粗加工中的应用，给摆线铣应用于机匣零件的加工提供了理论基础。但在实际摆线铣加工中，由于对于加工过程刀具参数的不明确，在摆线铣切削参数选择时尤为困难：若采用保守切削参数，无法发挥摆线铣的高效率优点；采用过高的切削参数，刀具磨损严重，换刀频繁，进而影响加工效率。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了刀具参数识别法和基于刀具参数的摆线加工参数优化方法法，其目的在于明确刀具参数，获得特定刀具摆线铣加工特定材料时的最佳加工进给值参数，在降低刀具磨损的同时最大限度提升摆线铣加工质量与效率。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种刀具参数识别方法，包括以下步骤：

步骤一、获取刀具的片体模型；

步骤二、将步骤一获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；

步骤三、对步骤二得到的刀具模型进行识别得到刀具参数。

进一步地，所述步骤一中的具体方法为：将刀具放置在三坐标扫描仪上进行光学扫描获取刀具的片体模型。

进一步地，所述步骤二的具体方法为：将刀具片体模型导入UG中进行刀具模型的三维重建。

进一步地，所述步骤三中，刀具参数包括：刀具前角、刀具后角和刀具螺旋角。

一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，包括以下步骤：

步骤一、获取摆线加工用刀具的片体模型；

步骤二、将步骤一获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；

步骤三、对步骤二得到的刀具模型进行识别得到刀具参数；

步骤四、将步骤三得到的刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得优化后的进给值；

所述最佳切削功率参数为：选取摆线加工实际工件时使用的刀具对与实际工件相同的材料进行多次切削试验，基于刀具磨损情况和振动情况综合选取出磨损速率最慢且振动最小的切削功率作为最佳功率参数。

进一步地，所述步骤一中的具体方法为：将摆线加工用刀具放置在三坐标扫描仪上进行光学扫描获取刀具的片体模型。

进一步地，所述步骤二的具体方法为：将刀具片体模型导入UG中进行刀具模型的三维重建。

进一步地，所述步骤三中，刀具参数包括：刀具前角、刀具后角和刀具螺旋角。

进一步地，所述加工仿真软件为thirdwave加工仿真软件。

进一步地，所述最佳切削功率参数的获取在步骤四之前进行；采用加速度计和位移传感器对刀具切削实际工件试验时产生的振动和刀具磨损情况进行实监测。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明一种刀具参数识别方法，首先利用三坐标扫描仪获取刀具的片体模型，其次将获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型，最后对得到的刀具模型进行识别得到刀具参数，明确了加工所使用刀具的具体参数，为后续利用该刀具加工工件时的加工参数的调节提供必要的依据。

本发明基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，利用刀具参数识别方法获得刀具参数，将刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得特定刀具摆线加工特定材料工件时的最佳加工进给值参数，在降低刀具磨损的同时最大限度提升摆线加工质量与效率。

本发明刀具模型的三维重建方法和基于先验知识的加工参数的优化方法原则是一致的，而加工参数优化的结果则结合零件特征和刀具参数的实际情况进行调整，在原摆线铣加工的前提下，基于刀具参数和先验知识对加工参数进行了进一步优化，在保持摆线铣高效加工的同时，减小了加工过程中的颤振现象，进一步降低了刀具磨损。本发明基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，适用于加工余量较大的薄壁环形件(如机匣零件)的摆线铣粗加工中，摆线铣方式相比于传统的加工方式，在合理利用零件表面的材料去除潜能的同时降低了刀具的磨损速度，加工效率得到了大幅提升。

本发明方法能够在加工余量较大的工序中，在合理利用加工表面材料去除潜能的同时保持加工过程维持在较为稳定的状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明刀具参数获取流程图；

图2为本发明机匣零件摆线铣粗加工参数优化方法的总流程图；

图3为本发明最佳切削功率参数获取流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1所示，本发明一种刀具参数识别方法，包括以下步骤：

步骤一、获取刀具的片体模型；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，将刀具放置在三坐标扫描仪上进行光学扫描获取刀具的片体模型；

步骤二、将步骤一获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，将刀具片体模型导入UG中进行刀具模型的三维重建；

步骤三、对步骤二得到的刀具模型进行识别得到刀具参数；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，识别的刀具参数包括：刀具前角、刀具后角和刀具螺旋角；

识别的刀具参数除刀具厂商和产品信息可提供的刀具直径、刀具齿数、刀具类型、刀具长度之外，还包含刀具厂商和产品信息无法提供的刀具主偏角、副偏角、前角、后角信息，为加工过程的仿真提供所需的刀具几何信息。

如图2所示，本发明一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，包括以下步骤：

步骤一、获取摆线加工用刀具的片体模型；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，将摆线加工用刀具放置在三坐标扫描仪上进行光学扫描获取刀具的片体模型；

步骤二、将步骤一获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，将刀具片体模型导入UG中进行刀具模型的三维重建；

步骤三、对步骤二得到的刀具模型进行识别得到刀具参数；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，识别的刀具参数包括：刀具前角、刀具后角和刀具螺旋角；

步骤四、将步骤三得到的刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得优化后的进给值；

作为本发明的某一优选实施例，具体的，采用的加工仿真软件为thirdwave加工仿真软件；

最佳切削功率参数的获取在步骤四之前进行，以先验知识获得，先验知识是用同类材料试件和同种刀具进行大量实验，并对刀具磨损和加工颤振进行监测和分析所优化出的最佳功率参数，具体方法为：选取摆线加工实际工件时使用的刀具对与实际工件相同的材料进行多次切削试验，采用加速度计和位移传感器对刀具切削实际工件试验时产生的振动和刀具磨损情况进行实监测，基于刀具磨损情况和振动情况综合选取出磨损速率最慢且振动最小的切削功率作为最佳功率参数。

执行完步骤四后，获得优化后的进给值，将优化得到的进给值导入摆线加工程序，开始对工件进行摆线加工。

作为本发明的某一具体实施例：

第一步，如图3所示，选取与实际机匣零件相同的材料(如GH4169)试验块和实际机匣零件加工时使用的同种刀具进行多次切削试验。试验中，采用加速度计和位移传感器对加工过程中产生的振动进行监测，对刀具磨损情况进行实时监测，最后基于刀具磨损情况和振动情况综合选取出磨损速率慢且振动小的切削功率作为最佳功率参数(切削功率为切削时机床主轴功率减去机床空转时主轴功率)；

第二步，利用三坐标扫描仪对机匣零件加工所使用的刀具进行光学扫描，并基于扫描所得的片体模型重构三维实体模型，最后在实体模型上对刀具参数进行识别；

第三步，将最佳切削功率参数、识别得到的刀具参数、机匣几何模型、主轴转速和原进给值导入thirdwave加工仿真软件中，以最佳切削功率为标准，对原有的加工参数中的进给值进行优化，获得优化后的进给值加工参数。

第四步，将优化后获得的进给值加工参数导入摆线铣加工程序，开始机匣零件摆线铣粗加工。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取摆线加工用刀具的片体模型；

步骤二、将步骤一获取的刀具片体模型进行三维重建，得到刀具模型；

步骤三、对步骤二得到的刀具模型进行识别得到刀具参数；

步骤四、将步骤三得到的刀具参数导入加工仿真软件，并将最佳切削功率参数、工件几何模型、主轴转速和原进给值导入加工仿真软件，以最佳切削功率参数为标准，对原进给值进行优化，获得优化后的进给值；

所述最佳切削功率参数为：选取摆线加工实际工件时使用的刀具对与实际工件相同的材料进行多次切削试验，基于刀具磨损情况和振动情况综合选取出磨损速率最慢且振动最小的切削功率作为最佳功率参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，所述步骤一中的具体方法为：将摆线加工用刀具放置在三坐标扫描仪上进行光学扫描获取刀具的片体模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法为：将刀具片体模型导入UG中进行刀具模型的三维重建。

4.根据权利要求1所述的一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，所述步骤三中，刀具参数包括：刀具前角、刀具后角和刀具螺旋角。

5.根据权利要求1所述的一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，所述加工仿真软件为thirdwave加工仿真软件。

6.根据权利要求1所述的一种基于刀具参数的摆线加工参数优化方法，其特征在于，所述最佳切削功率参数的获取在步骤四之前进行；采用加速度计和位移传感器对刀具切削实际工件试验时产生的振动和刀具磨损情况进行实监测。

Images