CN111399443B

CN111399443B - 一种回转体外型铣加工进给速度优化方法

Info

Publication number: CN111399443B
Application number: CN202010246999.3A
Authority: CN
Inventors: 杨武; 雷海峰; 杨金锋; 柳万珠; 王宏叶; 姚军; 张智
Original assignee: AECC Aviation Power Co Ltd
Current assignee: AECC Aviation Power Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: CN111399443A

Abstract

本发明公开一种回转体外型铣加工进给速度优化方法，以刀轨文件为数据输入，根据刀轨数据及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴X\Y\Z与回转轴联动时的进给差异，输出当前NC坐标和优化后进给速率；本发明为复杂零件铣加工过程中由于回转轴和线性轴进给速度不匹配导致的撞刀问题提出了有效的解决方案，能有效的提高加工效率，避免了加工事故，提高了加工质量，减少了刀具损耗；根据刀轨及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，一方面减轻了工程设计人员的劳动，另一方面大大提高了产品的加工质量和加工效率。

Description

一种回转体外型铣加工进给速度优化方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种回转体外型铣加工进给速度优化方法。

背景技术

航空发动机零部件结构复杂，加工精度要求高，难度大，目前国内航空发动机复杂零件的铣加工程序生成主要依靠各种CAD/CAM软件，应用较多的为UG三维软件，首先利用CAD/CAM软件的数控加工模块设计生成复杂零件铣加工区域的CLS刀轨文件，然后将刀轨文件转化为多坐标铣加工所需的G代码程序，最后通过人为干预方式，修改大量进给速度、调整机床倍率等方法保证NC程序的执行性。

针对机匣类零件的结构特点，为提高机床利用率，提高数控程序的柔性，数控程序往往需要采用非五轴模式下进行加工，采用一般的后置处理程序，不能根据加工轨迹的变化自适应的调整进给速度，极易造成加工效率极质量低下。以航空发动机某复杂机匣外型岛屿和凸台的精铣加工为例，往往采用卧式五坐标或四座标加工中心进行加工，使用非五轴模式加工时，一般的NX后置程序生成未考虑线性轴X\Y\Z与回转轴B联动时，行进时间是根据X\Y\Z轴的综合行进距离和指定的F进给量计算得出的。当X\Y\Z行进较短、而回转轴B行进较长时，实际进给量往往显著大于指定进给量，很容易存在切削速度过快的情况，导致刀具磨损严重、零件超差。当X\Y\Z行进较长、回转轴B行进较短，根据B轴设定F进给量时，实际进给量往往显著小于指定进给量，很容易存在切削速度过慢，加工效率低的情况。

业已申报的专利《一种高温合金航空对开机匣五轴高速铣加工方法》专利号：CN106774143A(申请人：沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司)所述主要适用于新型机床，当机床没有五轴模式加工功能时，其加工方法将无法使用。且未对非五轴模式加工时，线性轴X\Y\Z与回转轴B联动的速率匹配问题提出解决方案。

发明内容

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种回转体外型铣加工进给速度优化方法，能够提高非五轴模式加工回转壳体外型的效率，有效避免因线性轴X\Y\Z与回转轴B联动时进给速率不匹配导致的各类问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种回转体外型铣加工进给速度优化方法，以刀轨文件为数据输入，根据刀轨数据及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴X\Y\Z与回转轴联动时的进给差异，输出当前NC坐标和优化后进给速率。

包括以下步骤：

步骤1，获得零件多坐标铣加工刀轨文件；

步骤2，将步骤1)所得刀轨文件中每一个刀位点换算为数控程序的NC坐标点；

步骤3，根据提取的刀位点和NC坐标点对实际的进给速率进行优化；将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴与回转轴联动时的进给差异，对回转轴的进给速率进行优化，输出当前NC坐标和优化后进给速率。

步骤1中，由CAM软件生成多个刀轨文件。

CAM软件采用CATIA或UG。

步骤2中，采用旋转坐标变化，将刀轨文件中的刀位点结合当前机床结构换算为NC坐标点。

步骤3中，同时对刀轨文件的速度优化进行处理和NC段的合并与输出。

步骤3中，同时生成多个已经优化的NC文件。

步骤3中，以数控铣床G代码形式输出当前NC坐标和优化后进给速率。

步骤3中实际的进给速率如下：

步骤31，计算每一次刀位点行进的距离，计算该次刀位点移动对应的NC坐标X\Y\Z实际行进的距离；

步骤32，通过指定进给速率计算每一次行进的指定时间t；

步骤33，根据步骤32所得每一次刀位点移动的指定时间和步骤31所得该次刀位点移动对应的NC坐标X\Y\Z实际移动的距离，计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率。

步骤31中，刀位点行进距离D为：

其中，i＝1，2，……N，N为刀位点的个数，x/y/z为刀轨坐标；

NC坐标点实际行进距离I为：

其中，i＝1，2，……M，M为NC坐标点的个数；

通过指定进给速率f计算每一次行进的指定时间t为：

t＝D/f

计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率F为：

F＝I/t。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明利用非五轴模式加工下机床线性轴X\Y\Z与回转轴B联动时的进给差异，通过刀位点行进的距离、NC坐标X\Y\Z实际行进的距离、指定的进给速率，对回转轴的进给速率进行优化，通用性强，可适用于航空发动机多类复杂零件的数控铣加工，为复杂零件铣加工过程中由于回转轴和线性轴进给速度不匹配导致的撞刀问题提出了有效的解决方案，能有效的提高加工效率，避免了加工事故，有助于提高加工质量，减少刀具损耗；以CAM软件生成CLS刀轨文件为数据输入，根据刀轨及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，最后以数控铣床G代码为数控输出文件，一方面减轻了工程设计人员的劳动，另一方面大大提高了产品的加工质量和加工效率，该方法已经用于多个航空发动机机匣类零件的铣加工中，推广价值高。

附图说明

图1为刀轨文件具体坐标点数据示意图。

图2为NC坐标及进给速度数据示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细阐述。

一种回转体外型铣加工进给速度优化方法，以刀轨文件为数据输入，根据刀轨数据及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴X\Y\Z与回转轴联动时的进给差异，输出当前NC坐标和优化后进给速率。

包括以下步骤：

步骤1，获得零件多坐标铣加工刀轨文件；由CAM软件生成多个刀轨文件；同时对多个刀轨文件进行处理；CAM软件采用CATIA或UG。

步骤2，将步骤1)所得刀轨文件中每一个刀位点换算为数控程序的NC坐标点；步骤2中，采用旋转坐标变化，将刀轨文件中的刀位点结合当前机床结构换算为NC坐标点。

步骤3，根据提取的刀位点和NC坐标点对实际的进给速率进行优化；将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴与回转轴联动时的进给差异，对回转轴的进给速率进行优化，输出当前NC坐标和优化后进给速率，具体如下：

步骤32，通过指定进给速率计算每一次行进的指定时间t；

步骤31中，刀位点行进距离D为：

其中，i＝1，2，……N，N为刀位点的个数；

NC坐标点实际行进距离I为：

其中，i＝1，2，……M，M为NC坐标点的个数；

通过指定进给速率f计算每一次行进的指定时间t为：

t＝D/f

计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率F为：

F＝I/t。

步骤3中，同时对刀轨文件的速度优化进行处理和NC段的合并与输出；同时生成多个已经优化的NC文件；以数控铣床G代码形式输出当前NC坐标和优化后进给速率。

实施例，

一种机匣外型铣加工回转轴进给速率优化的方法，包括以下步骤：

步骤1，获得零件多坐标铣加工刀轨文件；

步骤2，将步骤1)所得刀轨文件中每一个刀位点(x\y\z\f)换算为数控程序的NC坐标点，X\Y\Z\A\B\F；

步骤3，根据提取的刀位点和NC坐标点对实际的进给速率进行优化；将实际的刀具行进距离，利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴X\Y\Z与回转轴B联动时的进给差异，对回转轴的进给速率进行优化；输出当前NC坐标和优化后进给速率；

步骤3)中实际的进给速率如下：

a)计算每一次刀位点行进的距离，计算该次刀位点移动对应的NC坐标X\Y\Z实际行进的距离；

b)通过指定进给速率计算每一次行进的指定时间；

c)根据步骤b)所得每一次刀位点移动的指定时间和步骤a)所得该次刀位点移动对应的NC坐标X\Y\Z实际移动的距离，计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率。

将实际的刀具行进距离，利用刀位点的移动距离进行了代替计算，并利用了非五轴模式加工下，机床线性轴X\Y\Z与回转轴B联动时的进给差异，对回转轴的进给速率进行优化。

适用于摆头转台型数控铣床加工时进给速度优化。

本发明具体包括以下步骤：

1)获得复杂零件多坐标铣加工刀轨文件，CAM软件生成多个刀轨文件。

2)获取刀轨文件读取文件中的刀轨坐标x/y/z和给定进给速度f，以框选的两行为例：

x＝-296.3768、y＝-59.2634、z＝176.6493、f＝100

x＝-296.3339、y＝-59.2675、z＝176.7218、f＝100

数控程序的NC坐标点：

X＝0、Y＝-59.263、Z＝345.028、A＝-3.76、B＝-59.2038

X＝0、Y＝-59.268、Z＝345.028、A＝-3.76、B＝-59.1898

3)计算每一次刀位点行进的距离，计算该次刀位点移动对应的NC坐标实际行进距离，如图1中方框中所示数据，

刀位点行进距离D＝0.084341

NC坐标实际行进距离I＝0.005

4)通过指定进给速率计算每一次行进的指定时间t；

t＝D/f＝0.084341/100＝0.000843

5)计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率

F＝I/t＝0.005/0.000843≈5.92

6)输出NC坐标“Y-59.268B-59.1898F5.92”，如图2框线所示；

7)同理可以输出进给速度优化的NC程序文件。

Claims

1.一种回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，以刀轨文件为数据输入，根据刀轨数据及切削速度实时计算数控铣床回转轴和线性轴的进给速度并进行优化，将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴X\Y\Z与回转轴联动时的进给差异，输出当前NC坐标和优化后进给速率；包括以下步骤：

步骤1，获得零件多坐标铣加工刀轨文件；

步骤2，将步骤1所得刀轨文件中每一个刀位点换算为数控程序的NC坐标点；

步骤3，根据提取的刀位点和NC坐标点对实际的进给速率进行优化；将实际的刀具行进距离利用刀位点的移动距离进行代替计算，并利用机床线性轴与回转轴联动时的进给差异，对回转轴的进给速率进行优化，输出当前NC坐标和优化后进给速率；步骤3中实际的进给速率如下：

步骤32，通过指定进给速率计算每一次行进的指定时间t；

步骤33，根据步骤32所得每一次刀位点移动的指定时间和步骤31所得该次刀位点移动对应的NC坐标X\Y\Z实际移动的距离，计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率；

步骤31中，刀位点行进距离D为：

其中，i＝1,2,……N，N为刀位点的个数，x/y/z为刀轨坐标；

NC坐标点实际行进距离I为：

其中，i＝1,2,……,M，M为NC坐标点的个数；

通过指定进给速率f计算每一次行进的指定时间t为：

t＝D/f

计算该次移动NC坐标X\Y\Z实际移动的速率F为：

F＝I/t。

2.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，步骤1中，由CAM软件生成多个刀轨文件。

3.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，CAM软件采用CATIA或UG。

4.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，步骤2中，采用旋转坐标变化，将刀轨文件中的刀位点结合当前机床结构换算为NC坐标点。

5.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，步骤3中，同时对刀轨文件的速度优化进行处理和NC段的合并与输出。

6.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，步骤3中，同时生成多个已经优化的NC文件。

7.根据权利要求1所述的回转体外型铣加工进给速度优化方法，其特征在于，步骤3中，以数控铣床G代码形式输出当前NC坐标和优化后进给速率。