三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡生成方法技術

本發明專利技術公開一種針對沖壓模具三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡生成方法，包括：步驟1，以三維修邊線、側銑刀、刃口高度、刃口間隙等為輸入參數；步驟2，將三維修邊線投影到X-Y平面得到二維修邊線；步驟3，對二維修邊線進行高精度雙圓弧插補得到G1連續的直線和圓弧序列；步驟4，對插補得到的直線和圓弧序列進行二維偏置，得到二維刀具軌跡；步驟5，對二維刀具軌跡進行自相交檢查并優化刀具軌跡；步驟6，對三維修邊線沿-Z方向偏置一個刃口高度H求出三維的下刃口曲線；步驟7，對下刃口曲線進行低精度的直線插補，然后依此對二維刀具軌跡進行分段并求出相應的刀具軌跡Z向數值，最終得到三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡。該方法運算簡單，很好的保證了刃口輪廓的尺寸精度和光順度，更實現了刃口輪廓的三維自動數控加工，有效提高了加工效率并降低了操作人員的勞動強度，是取代二維刃口輪廓加工的最優方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及數控機床加工領域的刀具軌跡規劃方法。
技術介紹
由于對尺寸精度及光順度要求高，修邊刃口是沖壓模具成型零件的關鍵部分。為了保證刃口輪廓的光順度，目前最常用的方法是:在計算刀具路徑前，首先將刃口輪廓的二維NURBS曲線進行光順處理，用Gl連續的直線和圓弧表示；然后對光順后的刃口輪廓進行圓弧插補運算，得到二維刀具軌跡。由于刃口輪廓被光順為Gl連續，因此這種方法可以很好的保證刃口輪廓的光順度，但是光順工作量大，而且二維程序不能動態跟蹤刃口的三維形狀，所以數控加工過程中自始至終需要人工手動調節Z向高度。這種方法加工效率低，操作者勞動強度大，不能實現刃口的高效自動數控加工，嚴重影響模具的生產周期和成本。NURBS曲線具有很好的光順性，完全滿足Gl連續性要求，并且可以表達復雜三維空間曲線。但NURBS曲線插補并不適用于刃口輪廓加工，首先NURBS曲線插補精度不高，力口工質量不穩定；其次對數控機床要求高，需要機床有NURBS插補功能，加工成本高，難以廣泛使用。刃口輪廓加工對程序要求非常特殊:因為采用側刃銑刀加工，而且刀刃部分比較長，所以軸向精度要求不高，刀位點Z向數值對加工精度沒有影響，只要刃口能被刀刃切削到即可。但由于沖裁間隙比較小，所以徑向尺寸精度要求很高，要求誤差在0.0lmm以內，而且必須是Gl連續以保證刃口的光順度，這也正是刃口輪廓大量采用二維圓弧插補的原因。螺旋運動方式在X-Y平面內是圓弧運動，在Z方向是直線運動，完全可以滿足刃口輪廓的加工要求。雖然現在絕大多數數控機床都提供螺旋插補指令，但由于現有CAM軟件的局限，螺旋指令僅用于螺旋式進出刀或螺紋、封閉槽等螺旋角固定的簡單特征加工，針對三維修邊線的螺旋插補數控加工刀具軌跡生產方法目前未在CAM軟件中使用。
技術實現思路
本專利技術提出了一種在水平方向和刀軸方向采用不同精度進行三維修邊刃口螺旋插補的數控加工刀具軌跡生成方法。其中，水平方向采用高精度雙圓弧插補，不僅保證了刃口輪廓的尺寸精度，也很好的保證了刃口輪廓的光順度；刀軸方向采用低精度直線插補，以便進行分段插補。本專利技術是通過下述技術方案實現的。一種，包括以下步驟:步驟1，以三維修邊線、側銑刀、刃口高度、刃口間隙等為輸入參數；步驟2，將三維修邊線投影到X-Y平面得到二維修邊線；步驟3，對二維修邊線進行高精度雙圓弧插補得到Gl連續的直線和圓弧序列；步驟4，對插補得到的直線和圓弧序列進行二維偏置，得到二維刀具軌跡；步驟5，對二維刀具軌跡進行自相交檢查并優化刀具軌跡；步驟6，對三維修邊線沿-Z方向偏置一個刃口高度H求出三維的下刃口曲線；步驟7，對下刃口曲線進行低精度的直線插補，然后對二維刀具軌跡進行分段并求出相應的刀具軌跡Z向數值，而得到三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡。該方法運算簡單，在保證加工精度的同時實現了修邊刃口輪廓的三維數控加工，提高了加工效率并降低了操作人員的勞動強度，具有極其廣闊的市場前景。附圖說明附圖為本專利技術生成修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡的示意圖。具體實施例方式下面對本專利技術的實施例作詳細說明:本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方案和具體的操作過程。如附圖所示，為本專利技術生成修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡的示意圖，已知修邊刀I上的三維修邊線3 ( —般為空間曲線，圖中借助實體便于表達)和側銑刀2，6為二維修邊線，7是二維刀具軌跡線，4是三維修邊線沿Z向下三維偏置一個刃口高度得到的下刃口線，5是最終生成的修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡。本實施例提供了一種，包括以下步驟:步驟1，以三維修邊線、側銑刀、刃口高度、刃口間隙等為輸入參數:已知三維修邊線的曲線參數 P (t) = (x(t), y (t), z (t))T, t e [a, b]；步驟2，將三維修邊線投影到X-Y平面得到二維修邊線:三維刃口線在X-Y平面內投影的二維刃口曲線參數為J⑴=Oc⑴，MOf ；步驟3，對二維修邊線進行高精度雙圓弧插補得到Gl連續的直線和圓弧序列:對二維刃口曲線進行雙圓插補的光順處理，誤差要求即為三維刃口輪廓的尺寸精度誤差δ i (如0.01)。首先對進行高精度的直線插補，允許誤差為0.1 δ P則二維刃口曲線聲( )可表示為線段序列Li (i = I η);這些線段首尾相連，在連接點處是尖角，并非Gl連續，需要利用圓弧進行過渡，過渡圓弧Arcdj = I m)必須與相鄰兩線段Li和Li+1同時相切，同時過渡圓弧Arcj與二維刃口曲線的偏差不得大于δ I ;由于直線插補時的精度很高，必然導致很多碎線，在進行圓弧連接需要進行圓弧最大化處理，這樣二維刃口曲線聲( )就可以表示為Gl連續的直線和圓弧序列Sk(k = I w)；步驟4，對插補得到的直線和圓弧序列進行二維偏置，得到二維刀具軌跡:將光順完的直線和圓弧序列Sk向刃口外側偏置一個距離d = R+Stock，得到二維的刀具路徑軌跡，其中R為刀具半徑，Stock為刃口輪廓的側面余量。此過程不考慮自相交問題，則二維刀具路徑軌跡可以表不為一個相同數量的直線和圓弧序列= 1 w)；步驟5，對二維刀具軌跡進行自相交檢查并優化刀具軌跡:對二維刀具路徑 SK (K= 1 W)進行自相交檢查，刪除自相交區域內的部分，對于相交線段用交點更新其相應的起點或終點。步驟6，對三維修邊線沿-Z方向偏置一個刃口高度H求出三維的下刃口曲線:首先對p(t)求一階導數得到三維刃口曲線的切向量參數P' (t) = (X' (t), Y' (I),z' (t))T，與曲線的法平面N(t)滿足關系P' (t)T*N(t) =0，由此求出法平面N(t)=SpanU1, ξ2}。法平面N(t)與過三維刃口曲線的豎直切平面span {P' (t)，(0,0,1)1}的交線就是三維刃口曲線在豎直平面內的法向矢量，其求解方程為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡生成方法，其特征在于依照下列步驟進行：(1)以三維修邊線、側銑刀、刃口高度、刃口間隙等為輸入參數；(2)將三維修邊線投影到X?Y平面得到二維修邊線；(3)對二維修邊線進行高精度雙圓弧插補得到G1連續的直線和圓弧序列；(4)對插補得到的直線和圓弧序列進行二維偏置，得到二維刀具軌跡；(5)對二維刀具軌跡進行自相交檢查并優化刀具軌跡；(6)對三維修邊線沿?Z方向偏置一個刃口高度H求出三維的下刃口曲線；(7)對三維修邊線進行低精度的直線插補，然后依此對二維刀具軌跡進行分段并求出相應的刀具軌跡Z向數值，最終得到三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡。

【技術特征摘要】
1.種三維修邊刃口的螺旋插補數控加工刀具軌跡生成方法，其特征在于依照下列步驟進行:(1)以三維修邊線、側銑刀、刃口高度、刃口間隙等為輸入參數；(2)將三維修邊線投影到X-Y平面得到二維修邊線；(3)對二維修邊線進行高精度雙圓弧插補得到Gl連續的直線和圓弧序列；(4)對插補得到的直線和圓弧序列進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡玉俊，吳志靜，閻兵，戚厚軍，
申請(專利權)人：天津職業技術師范大學，
類型：發明
國別省市：