五轴铣削刀具过问处置惩罚

公布日期:2012-10-23    兰生客服中心    阅读:1870

  跟着现代工业中零件庞大曲面设想的增添,五轴加工正在数控加工中所占比重将越来越大。因为五轴数控加工到场了两个扭转自由度,增添了数控加工活动模仿盘算和刀具过问搜检的难度,特别是正在加工外形极为庞大的零件外面时,更是云云。因而,为了确保五轴数控机床停止高效率和下质量的切削加工,开辟五轴加工刀具轨迹天生及其过问搜检的软件将成为研究者面对的严重课题。

  提出一种适用于五轴数控加工刀具过问处置惩罚的特性投影法,行将加工曲面离散成一系列曲面特性点,是不是发作刀具过问可由特性点是不是进入刀具外面内部去判定。同时将加工曲面和刀具外面投影到一个特定平面上,仅将包络刀具投影图形的曲面区域内的特性检测点停止过问搜检,进步过问检测的效力。

  1.过问搜检要领

  坐标系及坐标变更

  如图1所示,五轴环行刀NC加工的部分坐标系L示意为XL轴、YL轴和ZL轴,YL轴老是指向该刀触点(CutterContactPoints,简称CC点)OL的走刀偏向f,ZL轴指向曲面中法线偏向n,而XL轴则由YL轴和ZL轴的右手轨则肯定。刀具一样平常绕XL轴由ZL轴向YL轴偏向扭转一个导前角(后跟角)a,和绕ZL轴扭转一个又一个侧偏角b。别的,正在刀位点(CutterLocationPoints,简称CL点)OT处借可定义刀具坐标系T(XT,YT,ZT),个中YT轴指向CL点和CC点连线偏向,ZT轴为刀轴矢量偏向,XT轴是由YT轴和ZT轴的右手轨则肯定的偏向,坐标原点位于刀具中心点(即CL点)OT。为了简化过问搜检,以外形较为划定规矩的刀具外面作为基准停止过问检测,加工曲面经由离散后以一组特性点的情势去示意曲面外形,这些特性点的原始数据均正在天下坐标系W中示意,因而起首必需将特性点数据从天下坐标系W(OW-XW,YW,ZW)变更到部分坐标系L(OL-XL,YL,ZL),再由部分坐标系L变更到刀具坐标系T(OT-XT,YT,ZT)中去示意。

  过问搜检要领

  若是刀具和动力头已选定,则刀具系(刀具和动力头)的尺寸即为已知,刀具系取加工曲面是不是发作过问,可由鉴别特性点P是不是进入刀具外面内部去肯定。如图2所示,为环形刀加工时刀具系取加工曲面的位置干系,正在刀具坐标系中,设特性点P的坐标为PI(Xpt,Ypt,Zpt),凭据刀具系的差别组合局部,将特性点P的坐标值Zpt分为4段停止鉴别,具体情况以下:

  当特性点P处于u1段范围内,则不会发作过问。

  当特性点P处于u2范围内,有两种状况,将圆环体分红两局部:小圆柱局部P1和圆环局部P2。当特性点涉入圆柱局部P1时,发作刀具过问,即知足

  式中R示意刀具半径,R1示意环行刀的圆环半径。

  当特性点涉入圆环局部P2时,也发作刀具过问,即知足

  式中

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  若特性点P没有进入P1和P2局部,则不发作刀具过问。

  当特性点P处于u3段范围内,则当特性点P至ZT轴之间的间隔小于刀具半径时,发作刀具过问,即知足

  不然,不发作刀具过问。

  当特性点P处于u4段范围内,状况同3,只要把势(3)中刀具半径R换成动力头半径d/2去停止鉴别便可。

  把取刀具系发作过问的曲面特性点称为过问点,按上述要领检测出所有的过问点,并盘算各过问点径向方向上的过问量,然后接纳恰当的体式格局去消弭过问。

  搜检的特性投影法

  将刀具系和曲面特性点投影到一个二维的平面(投影平面)上,正在二维投影平面上与公道的间距对加工曲面停止网络分别,支解成一系列正方形。如图3所示,当正方形完整被投影刀具系表面掩盖时,记为完整正方形,正在该区域内的曲面特性点有可能取刀具系发作过问;当正方形完整没有被投影刀具系表面订交时,记为非正方形,不可能取刀具系发作过问;当正方形局部被投影刀具系表面掩盖时,记为局部正方形。为了进一步削减特性点的搜检数量,对局部正方形做一次四叉树支解处置惩罚,删除非正方形,将可能发生过问的特性点按地区递次,从新体例检测文件,然后停止坐标变更和过问搜检。

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  2.过问消弭体式格局

  扭转刀轴体式格局

  正在一个刀位点处,曲面特性点于刀具系发作过问的有m个,综合思索m个过问点的过问状况,可找到一个消弭过问的最好偏向,以便最有效地消弭刀具过问。为此,引入了“过问消弭平面”的新概念,把m个过问点处的曲面法矢量投影到刀具坐标系T的XTYT平面上,设过问点处的曲面法矢量正在XTYT平面上的投影为nxyi(i=1,2,…,m),过问点正在XTYT平面上的过问重量为Dt(i=1,2,…,m)。如图4所示,则过问消弭矢量I可由下式求出

  由式(4)求出过问消弭矢量I(Sx,Sy,Sz)以后,再由过问消弭矢量I和ZT轴组成过问消弭平面。设由轴ZT和消弭矢量I的叉乘矢量为K,正在平行于“过问消弭平面”的平面上盘算刀具绕K轴向I倾斜多大的过问消弭角度d能恰好消弭刀具过问,如图5所示。设将过问点Pi(i=1,2,…,m)扫除正在刀具系外面以外所需求的最小角度为di(i=1,2,…,m),则过问消弭角度d是所有角度di的最大值

  要把过问点Pi扫除正在刀具系以外,过问点Pi流动不动,刀具系绕K轴向I偏向扭转,等价于过问点Pi相对刀具系和刀具坐标系正在平行过问消弭平面IOTZT的平面内迁移转变di角度,上面以环形刀为例加以剖析。

  如图5所示,环形刀加工时刀具系的旋转轴经由消弭平面IOTZT取刀具圆环里的交圆弧中心点O1,并平行于矢量K,过过问点Pi,平行于消弭平面IOTZT作一截平面,截平面取刀具圆环里的交线为4次曲线,取圆柱面的交线为两直线。环形刀的刀轴扭转分两种状况,当过问点Pi落入环形刀圆柱体内,扭转角度di为∠PiOPi’(图5a),盘算公式为

  而角度d1盘算以下

  事先,点Pi正在扭转历程中取圆柱外面截线订交,d2的盘算公式为

  当点Pi正在扭转历程中不取圆柱截线订交时,则点Pi’能够取圆环截面4次曲线或刀具底平面截线订交。取圆环截面4次曲线订交时,角度d2的盘算较庞大,为了简化盘算,对扭转角度做守旧处置惩罚。这时候,计算出的角度d2要比现实角度大,但关于刀具过问处置惩罚出有影响。守旧处置惩罚点Pi’均扭转到取刀具底平面订交,这时候角度d2即是

  如图5(b)所示,当过问点Pi落入环形刀圆环体内,一样对扭转角度做守旧处置惩罚,点Pi’均扭转到取刀具底平面订交,扭转角度di为∠PiOPi’,盘算公式同式(6),个中角度d1和d2的盘算以下

  当式(11)中的分母小于分子时,点Pi’正在扭转历程中不克不及取刀具底平面订交,这时候不克不及经由过程扭转刀轴体式格局去消弭过问,但这种情况可能性极小。

  同理可处置惩罚动力头圆柱体内的过问点。

  固然刀具系可经由过程背I偏向扭转d角度去消弭过问点,但刀具系正在扭转历程中有可能再与其他曲面特性点发作过问。因而刀具系扭转后,必需盘算新的刀轴矢量,并重新建立新的刀具坐标系,再停止取曲面的过问搜检。当干涉现象不克不及经由过程扭转刀轴体式格局消弭时,则接纳沿刀轴偏向的抬刀体式格局去消弭。

  抬刀体式格局

  接纳沿刀轴偏向抬刀体式格局消弭过问时,应盘算沿ZT偏向的抬刀量。关于m个过问点Pi(i=1,2,…,m),盘算每一个过问点扫除的抬刀量Dzi(i=1,2,…,m),并一样与个中最大量为刀具抬刀量Dz。

  如图6所示,为环形刀加工时抬刀量的盘算,有两种状况。当过问点Pi落入半径为(R-R1)的刀具圆柱体S1内时,刀具向上抬刀,过问点最初取刀具底平面订交,其抬刀量盘算为

  当过问点Pi降于半径差为R1的圆环体S2内时,抬刀时过问点取刀刃圆弧面相交,其抬刀量为

  (1)肯定曲面的CC点,法矢量n和走刀矢量f,盘算刀具的CL点,竖立响应的坐标系,盘算初始刀轴矢量Ti(i=1,2,…,n);

  (2)关于一个刀位点,挑选一个特定平面,将刀具系取加工曲面投影到该平面上;

  (3)正在投影平面上对加工曲面停止网络分别,得一系列正方形地区。用符号符Tag示意正方形的性子,Tag=1时,为完整正方形,吸收;Tag=2时,为非正方形,抛弃;Tag=3时,为局部正方形,需求做一次四叉树支解,抛弃非正方形;

  (4)将支解后获得的完整正方形和局部正方形区域内的曲面特性点按地区顺序排列,重新编制成检测文件,并将这些特性点Pi从天下坐标系W背刀具坐标系T停止坐标变更;

  (5)正在刀具坐标系T中,将特性点Pi(xipp,yip,zipp)的坐标值停止分段,判断点是不是落入刀具系外面内,若落入则发作过问,转下一步;若不发作过问,转10;

  (6)需接纳抬刀体式格局消弭过问,转9;其他状况接纳扭转刀轴体式格局去消弭过问,转下一步;

  (7)肯定过问消弭平面,盘算消弭过问的扭转角度di;

  (8)盘算新的刀轴矢量Ti’,肯定新的刀具坐标T’,反复步调4和5肯定扭转刀轴体式格局是不是能消弭过问。若能消弭,则转入10;若不克不及消弭,则转入下一步;

  (9)刀轴偏向的抬刀量Dzi,用抬刀体式格局消弭过问,并纪录该刀位点的序号,以便走刀后作增补加工;

  (10)判定是不是是最初一个刀位点,若不是则与下一个刀位点,转入2;

  输出检测效果,完毕。

  3.算法实现

庞大曲面的五轴数控加工

  该过问处置惩罚要领是针对于五轴端铣数控加工的状况提出去的,并从过问处置惩罚要领和削减检测地区两个方面去简化过问的处置惩罚历程。提出了以刀具系外面为检测基准,并将加工曲面离散成一组曲面特性点,如许一个庞大的三维空间中的刀具过问搜检题目便简化为一个简朴的平面盘算题目。同时,为了更有效地消弭刀具过问,凭据过问状况肯定了一个消弭过问的过问消弭平面。别的,经由过程将刀具系取曲面特性点投影到一个特定的平面上,并对投影平面停止网络分别,删除一些无关的检测地区,可大大收缩盘算工夫。这种方法可用于处置惩罚球头刀、平底刀和环形刀加工时的啃切过问和碰撞过问,算法稳固、便于实现。

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