CN114137904B - 一种曲面车削加工的路径生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种曲面车削加工的路径生成方法,首先根据加工曲面形状绘制出驱动曲面,然后编辑驱动曲面的初始车削路径,按照车刀与锥度平底刀的对应关系将初始车削路径转换为锥度平底刀加工的转换路径,并将转换路径投影至加工曲面上生成锥度平底刀投影加工路径,最后按照车刀与锥度平底刀对应关系将锥度平底刀投影加工路径转为最终的车削加工路径。本发明通过将车刀路径点的投影计算转换为锥度平底刀的投影计算,实现了车削加工路径的投影,解决了车削加工不能加工非回转曲面的问题,有效提高了非回转曲面的表面加工效果和加工效率。

Description

一种曲面车削加工的路径生成方法
技术领域
本发明属于机械加工领域,特别涉及一种曲面车削加工的路径生成方法。
背景技术
车削加工具有加工精度高,加工表面质量好,效率高等特点,并且刀具结构简单,易于制造,因此在生产制造中占有十分重要的地位。传统的车削加工是利用工件的旋转运动和车刀的直线运动进行切削加工,其加工路径都是基于回转曲面的截面曲线生成,即车刀相对于工件的运动轨迹是螺旋线,也就是说在工件的同一横截面位置,车刀的位置是固定的,因此这种车削加工路径生成方式只能进行回转曲面的加工,无法实现非回转曲面的加工。而在现有的曲面加工中普遍采用旋转体刀具进行切削,由于车刀是非旋转体刀具,无法采用传统的曲面投影算法,因此无法采用现有的曲面加工路径方式直接生成非回转曲面的车削加工路径。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种操作简单,可实现非回转曲面车削加工的路径生成方法。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:一种曲面车削加工的路径生成方法,包括:
步骤A,以与加工曲面形状相似的曲线为旋转母线,以Z轴为旋转轴绘制旋转曲面,并定义为驱动曲面;
步骤B,以驱动曲面为加工对象,以车刀为切削刀具编辑生成螺旋状的初始车削路径;
步骤C,将初始车削路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以锥度平底刀为切削刀具的加工路径,定义为转换路径;
步骤D,将转换路径投影至加工曲面上,生成锥度平底刀投影加工路径;
步骤E,将锥度平底刀投影加工路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以车刀为切削刀具的加工路径,即生成加工曲面的车削加工路径。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述初始车削路径为三轴车削路径或五轴车削路径,所述五轴车削路径的刀轴控制方式采用分段控制法,即分段控制车刀的刀轴与旋转轴的夹角,并保证车刀的刀具面始终与旋转轴共面。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,步骤C和步骤E中所述车刀与锥度平底刀的对应关系为:
车刀刀片圆角半径=锥度平底刀半径
车刀刀片厚度=锥度平底刀切削高度
车刀刀片后角=1/2锥度平底刀锥度
车刀刀轴⊥锥度平底刀刀轴。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述步骤C和步骤E中初始车削路径与转换路径以及锥度平底刀投影加工路径与加工曲面的车削加工路径之间的转换包括路径点转换和刀轴转换。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述初始车削路径转换为转换路径的刀轴转换方法为:
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴共面,则转换后路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向为驱动曲面在Pi位置走刀流线的切线方向;
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴不共面,则刀轴转换方法为:首先在旋转 轴上找到距离路径点Pi最近的点Qi,计算该路径点Pi的径向方向
Figure 393841DEST_PATH_IMAGE002
;然后根据路 径点Pi的车刀刀轴方向Vti和径向方向Vri计算路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向Vci=Vti× Vri
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径的刀轴转换通过记录初始车削路径的刀轴方向实现,即将初始车削路径各路径点Pi的车刀刀轴方向分别对应保存于各路径点信息中,在需要将锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径时,只需要从路径点信息中调取该路径点所保存的车刀刀轴方向即可作为加工曲面的车削加工路径在该路径点的刀轴方向。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述初始车削路径转换为转换路径的路径点转换方法为:先将初始车削路径的路径点沿该路径点的车刀刀轴方向正向移动车刀刀片圆角半径,然后沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向反向移动车刀刀片厚度;所述锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径的路径点转换方法为:先将锥度平底刀的路径点沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向正向移动车刀刀片厚度,然后沿该路径点的车刀刀轴方向反向移动车刀刀片圆角半径。
上述一种曲面车削加工的路径生成方法,所述步骤D采用的路径点投影方向是各路径点的车刀刀轴方向,或者是驱动曲面的法向。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明通过创建驱动曲面,寻找车刀与锥度平底刀的对应转换关系,将传统车削刀具路径经过刀具转换、刀轴转换和路径点转换,将车刀路径点的投影计算转换为锥度平底刀的投影计算,实现了车削加工路径的投影,解决了车削加工不能加工非回转体曲面的问题,有效提高了非回转曲面的表面加工效果和加工效率。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明驱动曲面示意图。
图3是本发明初始车削路径示意图。
图4是本发明车刀与锥度平底刀对应关系图。
图5是本发明锥度平底刀投影加工路径示意图。
图6是本发明初始车削路径与转换路径的路径点转换示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本发明的一种曲面车削加工的路径生成方法,包括:
步骤100,如图2所示,以与加工曲面1形状相似的曲线3为旋转母线,以Z轴为旋转轴绘制旋转曲面,并定义为驱动曲面2;
步骤200,如图3所示,以驱动曲面2为加工对象,以车刀为切削刀具编辑生成螺旋状的初始车削路径;该初始车削路径可以是三轴车削路径,也可以是五轴车削路径;
驱动曲面2为较平坦的曲面时,可采用三轴车削方式,即初始车削路径为三轴车削路径,此时各路径点的车刀刀轴方向一致,并且车刀的刀具面始终与旋转轴共面;
驱动曲面2带有陡峭面或带有负角面时,为避免在加工过程中车刀与工件发生干涉,采用多轴联动的车削方式,即初始车削路径为五轴车削路径,车刀刀轴方向根据曲面形状进行调整,具体采用分段控制法实现,即分段控制车刀刀轴与旋转轴的夹角,并控制车刀的刀具面始终与旋转轴共面;
步骤300,将初始车削路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以锥度平底刀为切削刀具的加工路径,定义为转换路径;
如图4所示,其中,车刀与锥度平底刀的对应关系为:
车刀刀片圆角半径Rt=锥度平底刀半径Rc
车刀刀片厚度W=锥度平底刀切削高度H
车刀刀片后角At=1/2锥度平底刀锥度Ac
车刀刀轴Vt⊥锥度平底刀刀轴Vc;
步骤400,如图5所示,将转换路径投影至加工曲面1上,生成锥度平底刀投影加工路径;其中投影方向可以选择初始车削路径各路径点的车刀刀轴方向,也可以选择驱动曲面的法向;
步骤500,将锥度平底刀投影加工路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以车刀为切削刀具的加工路径,即生成加工曲面的车削加工路径。
上述步骤300所述初始车削路径转换为转换路径的转换过程既包括刀轴的转换又包括路径点转换,其中刀轴转换视各路径点的车刀刀轴方向不同可采取不同的转换方法:
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴共面,则转换后路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向为驱动曲面2在Pi位置走刀流线的切线方向;
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴不共面,则刀轴转换的具体方法包括:首 先在旋转轴上找到距离路径点Pi最近的点Qi,计算该路径点Pi的径向方向
Figure 904457DEST_PATH_IMAGE002
;然 后根据路径点Pi的车刀刀轴方向Vti和径向方向Vri计算路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向Vci =Vti×Vri
而初始车削路径转换为转换路径的路径点转换方法为:先将初始车削路径的路径点Pti沿该路径点的车刀刀轴方向Vti正向移动车刀刀片圆角半径R,然后沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向Vci反向移动车刀刀片厚度W,即为锥度平底刀的路径点位置Pci,如图6所示。
步骤500中所述的锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径也包括刀轴的转换和路径点的转换,其中刀轴的转换通过记录初始车削路径的刀轴方向实现,即将初始车削路径各路径点Pi的车刀刀轴方向分别对应保存于各路径点信息中,在需要将锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径时,只需要从路径点信息中调取该路径点所保存的车刀刀轴方向即可作为加工曲面的车削加工路径在该路径点的刀轴方向。
而锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径的路径点转换方法则为:先将锥度平底刀的路径点沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向正向移动车刀刀片厚度,然后沿该路径点的车刀刀轴方向反向移动车刀刀片圆角半径,即得到最终车削加工路径的路径点位置。
尽管上文对本发明进行了详细说明,但是本发明不限于此,本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此,凡按照本发明原理所作的修改,都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,包括:
步骤A,以与加工曲面形状相似的曲线为旋转母线,以Z轴为旋转轴绘制旋转曲面,并定义为驱动曲面;
步骤B,以驱动曲面为加工对象,以车刀为切削刀具编辑生成螺旋状的初始车削路径;
步骤C,将初始车削路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以锥度平底刀为切削刀具的加工路径,定义为转换路径;
步骤D,将转换路径投影至加工曲面上,生成锥度平底刀投影加工路径;
步骤E,将锥度平底刀投影加工路径按照车刀与锥度平底刀对应关系转换为以车刀为切削刀具的加工路径,即生成加工曲面的车削加工路径。
2.根据权利要求1所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述初始车削路径为三轴车削路径或五轴车削路径,所述五轴车削路径的刀轴控制方式采用分段控制法,即分段控制车刀的刀轴与旋转轴的夹角,并保证车刀的刀具面始终与旋转轴共面。
3.根据权利要求1或2所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,步骤C和步骤E中所述车刀与锥度平底刀的对应关系为:
车刀刀片圆角半径=锥度平底刀半径
车刀刀片厚度=锥度平底刀切削高度
车刀刀片后角=1/2锥度平底刀锥度
车刀刀轴⊥锥度平底刀刀轴。
4.根据权利要求3所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述步骤C和步骤E中初始车削路径与转换路径以及锥度平底刀投影加工路径与加工曲面的车削加工路径之间的转换包括路径点转换和刀轴转换。
5.根据权利要求4所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述初始车削路径转换为转换路径的刀轴转换方法为:
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴共面,则转换后路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向为驱动曲面在Pi位置走刀流线的切线方向;
若路径点Pi的车刀刀轴方向Vti与旋转轴不共面,则刀轴转换方法为:首先在旋转轴上 找到距离路径点Pi最近的点Qi,计算该路径点Pi的径向方向
Figure QLYQS_1
;然后根据路径 点Pi的车刀刀轴方向Vti和径向方向Vri计算路径点Pi的锥度平底刀刀轴方向Vci=Vti×Vri
6.根据权利要求5所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径的刀轴转换通过记录初始车削路径的刀轴方向实现,即将初始车削路径各路径点Pi的车刀刀轴方向分别对应保存于各路径点信息中,在需要将锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径时,只需要从路径点信息中调取该路径点所保存的车刀刀轴方向即可作为加工曲面的车削加工路径在该路径点的刀轴方向。
7.根据权利要求6所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述初始车削路径转换为转换路径的路径点转换方法为:先将初始车削路径的路径点沿该路径点的车刀刀轴方向正向移动车刀刀片圆角半径,然后沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向反向移动车刀刀片厚度;
所述锥度平底刀投影加工路径转换为加工曲面的车削加工路径的路径点转换方法为:先将锥度平底刀的路径点沿该路径点的锥度平底刀刀轴方向正向移动车刀刀片厚度,然后沿该路径点的车刀刀轴方向反向移动车刀刀片圆角半径。
8.根据权利要求1所述的一种曲面车削加工的路径生成方法,其特征在于,所述步骤D采用的路径点投影方向是各路径点的车刀刀轴方向,或者是驱动曲面的法向。
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