[发明专利]基于整体叶盘通道四轴数控加工的最大适用刀具半径计算方法

摘要

本发明提出了一种基于整体叶盘通道四轴数控加工的最大适用刀具半径计算方法，首先考虑加工过程中整体叶盘通道与刀具的空间几何关系建立叶盘通道对刀具尺寸的约束模型，并根据该模型研究在不同转角下叶盘通道对刀具尺寸的影响，最后通过设计的优化算法计算出加工过程中的最大适用刀具半径和对应的无干涉刀轴方向。本发明具有计算精度高、收敛速度快的特点。解决了整体叶盘四轴数控加工过程中最大适用刀具半径及无干涉刀轴方位的计算问题，符合整体叶盘加工的实际情况，为合理选择叶盘通道加工时所用刀具提供了理论依据，为实现整体叶盘通道的高效加工奠定了基础。

主权项

1.一种基于整体叶盘通道四轴数控加工的最大适用刀具半径计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立加工坐标系以及刀具几何模型，并确定刀具参数：所述加工坐标系为CS_M(O_M‑x_M‑y_M‑z_M)，其中加工坐标系固定在工作台上；加工坐标系的y_M轴为工作台的自身旋转轴，Z_M轴平行于四轴数控加工平台的刀轴方向；当待加工整体叶盘装夹在工作台上时，待加工整体叶盘的回转轴线与y_M轴重合；所述刀具几何模型由参数r、r_c以及H确定，其中表示刀具锥度，r表示刀具半径，r_c表示圆角半径，H表示刀具刃长；r_c和H为预先确定变量，r为优化变量；步骤2：在某一给定的刀具转角B条件下，通过以下步骤确定刀具切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，所述刀具转角B为整体叶盘绕y_M轴的转角：步骤2.1：在加工坐标系中，根据被加工曲面S₀上的切触点P_CC坐标[x_CC,y_CC,z_CC]^T，切触点P_CC处的单位法矢量n＝[n_x,n_y,n_z]^T，以及检查点P的坐标[x,y,z]^T，通过公式计算得到参数Δx，Δy，Δz以及λ；其中检查点P位于被加工曲面S₀或者检查面S_i上，且P≠P_CC；所述检查面为加工过程中构成叶盘通道的若干约束面，且不包括被加工曲面S₀；步骤2.2：根据步骤2.1得到的参数Δx，Δy，Δz以及λ，分以下四种情况分别计算得到检查点P对应的适用刀具半径r(P,B)：情况1：Δz≥H‑r_c：若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；若不等式成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；其余条件下，情况2：若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；若不等式成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；其余条件下，情况3：若不等式Δx²+Δy²+Δz²≤r_c²成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；若不等式均成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；其余条件下，情况4：Δz＜‑r_c：刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；步骤2.3：对于被加工曲面S₀或检查面S_i上的所有检测点P，分别代入步骤2.1和2.2，得到每个检测点对应的适用刀具半径r(P,B)，然后取其中的最小值minr(P,B)为在转角B条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；步骤3：采用二分法计算切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的最优刀具转角B_O和最大适用刀具半径r_L：步骤3.1：确定刀具转角的初始左右边界B_L和B_R，以及工作台旋转轴的定位精度B_P；步骤3.2：根据步骤2中的方法，分别计算r_M0(B_L)、r_Mi(B_L)，以及r_M0(B_R)、r_Mi(B_R)；其中r_M0(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；r_M0(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；步骤3.3：取B_L和B_R的二分中点计算r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)；步骤3.4：若|B_L‑B_R|≤B_P成立，则取B_M为最优刀具转角B_O，以及取r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的最小值作为最大适用刀具半径r_L；否则判断r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的大小关系，若r_M0(B_M)＜r_Mi(B_M)则令B_R＝B_M，否则令B_L＝B_M，返回步骤3.2。