CN112947297A - 面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，包括以下步骤：步骤一：读取待加工模型的CAD文件，选定待加工区域；步骤二：进行加工编程，切削模式选为“往复式”；步骤三：将单次走刀的刀路两端延长适当距离；步骤四：给直刃刀添加前倾角和侧倾角；步骤五：生成第一刀具轨迹的NC代码；步骤六：将侧倾角改为等值反向，其他参数不变，再生成第二刀具轨迹的NC代码；步骤七：将第一刀具轨迹的的NC代码和第二刀具轨迹的的NC代码连接为整体，删去中间多余的代码。采用本发明技术方案，根据直刃刀的刃形，结合其“V”形加工的工艺参数，选用“往复式”切削模式，提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明属于超声加工技术领域，尤其是针对航空航天领域的蜂窝复合材料自由曲面超声加工的刀路规划方法，具体涉及一种面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法。
背景技术
随着机械加工技术的不断发展，超声辅助加工在机械加工领域中的应用范围不断扩大，加工技术日渐成熟。对于航空航天领域复合材料零部件加工，超声辅助加工是比较理想的加工技术。目前，国内对超声加工技术的研究仍处于探索阶段，尤其是对加工工艺方面的研究甚少，还没有形成完整的工艺路径规划方法，工艺参数数据库建设也处于起步阶段。在超声辅助加工过程中，用于切削的刀具是直刃刀一类薄刃形刀具，其刀具形状、去料方式与传统铣刀相比完全不同，所以在加工过程中的刀路规划方法也与传统的刀路规划方法不一样。
刀具轨迹的优劣会直接影响其加工精度和加工效率，现在大多数刀具的刀路规划方式生成的转接点较多，限制了加工速度的提高；不连续的加工轨迹和过多的转接点会导致电机的频繁起停、走空刀，影响加工效率和工件质量。在一般情况下，CAM系统输出的是刀路，但由于CAM系统在目前的技术和理论条件下做不到完美，常会产生低质量的加工刀路。相应地，在本领域中亟待找到更为完善的解决方法，在充分考虑到直刃刀特殊结构的情况下，进行刀路规划方法研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其改进了超声直刃刀在工艺规划过程中的刀具轨迹的规划问题。
本发明采取以下技术方案，
包括以下步骤：
步骤一：读取待加工模型的CAD文件，选定待加工区域；
步骤二：进行加工编程，切削模式选为“往复式”；
步骤三：将单次走刀的刀路两端延长适当距离；
步骤四：给直刃刀添加前倾角和侧倾角；
步骤五：生成第一刀具轨迹的NC代码；
步骤六：将侧倾角改为等值反向，其他参数不变，再生成第二刀具轨迹的NC代码；
步骤七：将第一刀具轨迹的的NC代码和第二刀具轨迹的的NC代码连接为整体，删去中间多余的代码。
优选的，所述直刃刀为匕首形，四刃面中心对称，前后刀刃对称分布。
优选的，通过往复式走刀，直刃刀以一定的侧倾角α、切深ap和步距f进行切削，其中刀具切入材料深度设为d(二维投影下，不考虑前倾角θ)；同一把直刃刀按相同的前倾角和相反侧倾角(刀具坐标系下)分两次来回切削，切削面组成“V”字形状，切屑横截面为菱形和倒三角形(首行)。这种切削方式去料效率高，且单个加工过程无需换刀，提高了整体加工效率。
优选的，所述直刃刀的前后刀刃均可用于加工，在加工一定长度后应转换另一侧刀刃加工进而保证直刃刀均匀磨损，延长刀具寿命。
优选的，所述切深ap为切削时刀具切入材料的纵向深度，计算公式为：
ap＝d cosα-e/(2sinα)
所述步距f为切削时相邻刀路间的距离，计算公式为：
其中，与上一层“三角形”残余保持距离e，直刃刀厚度一般情况为1.5～2mm，因此可取此距离e＝1mm。
优选的，所述前倾角在加工过程中施加一个下压力，其角度控制在30°-40°之间；侧倾角为了保证加工效率，一般取值为30°。
优选的，延长单次走刀刀路两端，是为了留余量用于刀轴角度的摆转，防止刀具与工件发生碰撞。延长方向为末端水平方向，延长量稍大于刀具长度即可。
采用本发明技术方案，根据直刃刀的刃形，结合其“V”形加工的工艺参数，选用“往复式”切削模式，提高了加工效率；将单次走刀的刀路两端延长，能够为刀轴角度的摆转预留空间，有效防止刀具与工件发生碰撞；运用CAM软件进行刀路规划及对刀路作出一定的修改，并生成NC代码，过程简单，便于工程人员操作。
附图说明
图1是本发明操作流程图；
图2是超声直刃刀结构图；
图3是“V”形加工工艺示意图；
图4是加入前倾角和侧倾角后的刀具姿态图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步说明。
如图1-4所示，本实施例一种面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，包括如下步骤：
步骤一：读取待加工模型的CAD文件，选定待加工区域；
步骤二：进行加工编程，切削模式选为“往复式”；
步骤三：将单次走刀的刀路两端延长适当距离；
步骤四：给直刃刀添加前倾角和侧倾角；
步骤五：生成第一刀具轨迹的NC代码；
步骤六：将侧倾角改为等值反向，其他参数不变，再生成第二刀具轨迹的NC代码；
步骤七：将第一刀具轨迹的的NC代码和第二刀具轨迹的的NC代码连接为整体，删去中间多余的代码。
在本实施例中，使用的数控加工编程软件是UG。UG是EDS公司推出的集CAD、CAE、CAM于一体的三维参数化软件。UG的数控加工模块具有界面友好的图形化窗口环境，技术人员可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等，同时提供通用的点位加工编程功能。该模块的交互界面可按实际需求进行灵活的用户化修改和裁剪，减少使用培训时间并优化加工工艺。
直刃刀厚度一般情况为1.5～2mm，因此可取此距离e＝1mm。
切深ap为切削时刀具切入材料的纵向深度，计算公式为：
ap＝d cosα-1/(2sinα)
步距f为切削时相邻刀路间的距离，计算公式为：
在步骤二中，结合所使用的UG，其内容包括：
(1)确定机床坐标系及安全距离等参数；
(2)创建工序：选择工序子类型“可变轮廓铣”；
(3)刀轨设置要点：不同切削层的刀路要错位排布；
其中，所使用的刀具为超声直刃刀一类匕首型非旋转刀具，四刃面中心对称，前后刀刃对称分布，如图2所示。
通过往复式走刀，直刃刀以一定的侧倾角α、切深ap和步距f进行切削，其中刀具切入材料深度设为d(二维投影下，不考虑前倾角θ)；同一把直刃刀按相同的前倾角和相反侧倾角(刀具坐标系下)分两次来回切削，切削面组成“V”字形状，切屑横截面为菱形和倒三角形(首行)，如图3所示。
在步骤四中，前倾角控制在30°，侧倾角一般取值为30°，刀具姿态如图4所示。
在步骤七中，本实施例先将第一刀具轨迹的NC代码的“结束程序”段删去，将生成的第二刀具轨迹的NC代码的“开始程序”段部分删去，再将修改后的第二刀具轨迹的NC代码连接在修改后的第一刀具轨迹的NC代码后，合并为整体。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：读取待加工模型的CAD文件，选定待加工区域；
步骤二：进行加工编程，切削模式选为“往复式”；
步骤三：将单次走刀的刀路两端延长适当距离；
步骤四：给直刃刀添加前倾角和侧倾角；
步骤五：生成第一刀具轨迹的NC代码；
步骤六：将侧倾角改为等值反向，其他参数不变，再生成第二刀具轨迹的NC代码；
步骤七：将第一刀具轨迹的的NC代码和第二刀具轨迹的的NC代码连接为整体，删去中间多余的代码。
2.根据权利要求1所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述直刃刀为匕首形，四刃面中心对称，前后刀刃对称分布。
3.根据权利要求1或2所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：通过往复式走刀，直刃刀以一定的侧倾角α、切深ap和步距f进行切削，其中刀具切入材料深度设为d；同一把直刃刀按相同的前倾角和相反侧倾角分两次来回切削，切削面组成“V”字形，切屑横截面为菱形和倒三角形。
4.根据权利要求1或2所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述直刃刀的前后刀刃均能用于加工，在加工一定长度后转换另一侧刀刃加工。
5.根据权利要求3所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述切深ap为切削时刀具切入材料的纵向深度，计算公式为：
ap＝dcosα-e/(2sinα)。
6.根据权利要求3所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述步距f为切削时相邻刀路间的距离，计算公式为：
7.根据权利要求1或2所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述前倾角在加工过程中施加一个下压力，角度控制在30°-40°之间；侧倾角取值30°。
8.根据权利要求1所述的面向超声直刃刀加工自由曲面的往复式刀路规划方法，其特征在于：所述刀路两端的延长，延长方向为末端水平方向，延长量大于刀具长度。
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