基于铣削工艺的薄壁件表面开孔坡口精加工刀路生成方法与流程

本发明涉及cam中坡口面精加工刀路生成方法，尤其基于铣削工艺的薄壁件表面开孔坡口精加工刀路生成方法。

背景技术：

1、对于大型薄壁零件表面开孔坡口的精加工，需设计出相对应的非标准机床，才能保证其加工效率和加工精度，但现有的ug后处理模块无法完成对此类非标准机床的加工后处理，重新开发后处理模块难度太大且成本较高。目前解决这一问题的方法主要是通过人工凭经验对薄壁件表面开孔坡口进行加工，但是这种方法生产效率低，且得到的薄壁件表面开孔坡口精度难以达到要求，在大量生产时，无法保证薄壁件表面开孔坡口统一。

技术实现思路

1、根据现有技术的不足，本发明的目的是提供基于铣削工艺的薄壁件表面开孔坡口精加工刀路生成方法，能够对薄壁件表面开孔坡口进行精加工，不仅效率高，且精度高。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、基于铣削工艺的薄壁件表面开孔坡口精加工刀路生成方法，包括以下步骤：

4、步骤1、根据待加工工件内表面的曲面类型，将待加工工件分为多段待加工段；

5、步骤2、对一段待加工段的内表面建立内曲面方程和工件坐标系，根据开孔高度，按照内曲面方程及工件坐标系，计算出该段待加工段的内表面上所有开孔中心点的坐标；

6、步骤3、对所有孔分别建立局部坐标系，且将每一孔截面划分为若干线段；

7、步骤4、对于每一孔，将局部坐标系转换为工件坐标系后，再转换为机床坐标系；

8、步骤5、根据表面开孔坡口的尺寸以及孔截面划分的若干线段，将坡口面划分为若干矩形，获取每一矩形坡口边界沿工件表面的法向矢量；

9、步骤6、根据每一矩形坡口面侧母线法向矢量，获取该矩形对应的铣刀刀头中心点坐标和刀刃尾部中心点坐标，连接铣刀刀头中心点坐标和刀刃尾部中心点坐标得到铣刀轴线，若干组铣刀轴线构成工件坐标系下铣刀的刀具路径，转换为铣床机床坐标系下铣刀的刀具路径后输出；

10、步骤7、重复步骤2-6，直至多段待加工段上的表面开孔坡口的刀具路径全部输出。

11、进一步地，步骤1中，待加工段分为斜锥段、正锥段和圆柱段。

12、进一步地，步骤2中，根据待加工工件内表面的曲面类型，进行分段，根据分段尺寸信息，以每个待加工工件底部中心为坐标原点，建立工件坐标系，其中工件坐标系按照工件位置，x轴正向沿基准面右，z轴正向沿中线面上。

13、进一步地，当待加工段内表面为圆形时，假设该待加工段上端直径为d1，下端直径为d，上下端高度差为h，内表面任意点的坐标为(x,y,z)，上下端圆心连线与竖直方向的夹角为θ，求解内曲面方程的具体方法是：

14、内表面任意点所在截面直径d和为：

15、d＝d-y*(d-d1)/h

16、待加工段内表面曲面方程为：

17、fxyz＝x2+(z+y*tanθ)2-(d/2)2

18、假设开孔中心点坐标为(xkx，ykx，zkx)，开孔中心点高度为hkx，开孔中心到中线面的内壁弧长为likx，开孔中心点所在截面直径为dkx，开孔轴线与工件坐标系yoz平面的角度为α，求出开孔中心点在内表面上的坐标：

19、

20、进一步地，步骤5中，获取每一矩形坡口边界沿工件表面的法向矢量的方法为：

21、步骤501、对于每一矩形，获取对应的线段的法向矢量及对应的坡口面侧母线的法向矢量；

22、步骤502、获取坡口边界所在待加工段表面的法向矢量；

23、步骤503、根据对应的线段的法向矢量叉乘坡口边界所在待加工段表面的法向矢量，得到坡口边界切向矢量；

24、步骤504、根据坡口面侧母线的法向矢量叉乘坡口边界切向矢量，得到坡口边界沿工件表面的法向矢量其中，a为绕y轴旋转角度，b为绕x轴旋转角度，c为绕z轴旋转角度。

25、进一步地，步骤501中，线段为圆弧段或直线段，求出在局部坐标系中xoy平面内组成孔的圆弧段或直线段的法向矢量，方向以指向孔中心为正向；

26、通过求出圆弧段上圆弧点或直线段上直线点分布坐标，进而求出组成孔的圆弧段或直线段的法向矢量。

27、进一步地，求解圆弧段所有圆弧点在局部坐标系中分布坐标，假设圆弧段半径为r，圆弧点间距为ndens，取圆弧点密度为n，圆弧角度为α1，外坡口宽度为sw，在本发明加工的薄壁件中，圆弧段上起始的圆弧点的角度为0、π/2、π：

28、n＝round(r·α1/ndens)

29、α1i＝α1·(i-1)/n

30、

31、其中，i表示第i个圆弧点，(xw1i,yw1i)为外坡口外边界点分布坐标，(xw2i,yw2i)为外坡口内边界点分布坐标，nf(i,:)为在工件坐标系中组成孔的第i个圆弧点的法向矢量。

32、进一步地，求解直线段所有直线点在局部坐标系中的分布坐标，其中，直线段与局部坐标系x轴或y轴平行，假设直线段长为l，直线点间距为ndens，取直线点密度为n，起始的直线点坐标为(x0,y0)；

33、竖直直线段从上至下或从下至上坐标分别为：

34、n＝round(l/ndens)

35、

36、

37、水平直线段从左至右或从右至左坐标分别为：

38、

39、

40、其中，(xi,yi)代表直线段上直线点在局部坐标系中的坐标，具体值根据线段长度和方向确定，nf(i,:)为直线段上第i个直线点的的法向矢量，方向指向局部坐标系原点侧。

41、进一步地，步骤501中，求解坡口面侧母线的法向矢量的方法为：先将坡口内外边界坐标由局部坐标系转换到工件坐标系，按照逆时针的顺序依次求解出对应坡口面侧母线的法向矢量，方向由小边界指向大边界。

42、进一步地，步骤6中，获取矩形对应的铣刀刀头中心点坐标和刀刃尾部中心点坐标的方法为：

43、步骤601、求解铣刀刀头中心点坐标矢量矩阵ptw1，假设加工空刀量为t0，t1为刀头中心到刀头边界的垂直距离，tb为铣刀锥角，td为伸出端头直径，nmw为外侧母线矢量矩阵；

44、t1＝td/2*sin(tb)

45、

46、步骤602、求解刀刃尾部中心点坐标矢量矩阵ptw2，假设坡口内边界沿坡口面法线与铣刀轴线的交点为p1ai，铣刀轴线矢量为p1bi，p1a、p1b均为矢量矩阵，tfl为刀刃长度：

47、

48、p1bi＝p1ai-ptw1i

49、

50、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

51、本发明提供的基于铣削工艺的薄壁件表面开孔坡口精加工刀路生成方法，针对大型薄壁件表面复杂的问题，根据待加工工件内表面的曲面类型，将待加工工件分为多段待加工段，进而对每一段待加工段的内表面建立内曲面方程和工件坐标系，根据开孔高度，按照内曲面方程及工件坐标系，计算出该段待加工段的内表面上所有开孔中心点的坐标，由于孔的形态多样，因此，为了提高坡口精加工的精度，本发明根据表面开孔坡口的尺寸以及孔截面划分的若干线段，将坡口面划分为若干矩形，获取每一矩形坡口边界沿工件表面的法向矢量，进而根据每一矩形坡口面侧母线法向矢量，获取该矩形对应的铣刀刀头中心点坐标和刀刃尾部中心点坐标，连接铣刀刀头中心点坐标和刀刃尾部中心点坐标得到铣刀轴线，若干组铣刀轴线构成工件坐标系下铣刀的刀具路径，转换为铣床机床坐标系下铣刀的刀具路径后输出，重复上述步骤，直至多段待加工段上的表面开孔坡口的刀具路径全部输出。

52、本发明通过数值计算方法，能准确计算出适用于大型薄壁类零件表面开孔坡口精加工刀路，通过点位文件完成对坡口面的精加工，这样的方式，可以节约新模块的开发成本，也能提高精加工精度，使其更接近与设计所需。在非标准多轴联动机床加工刀路的计算是一个很大的创新，也能为后续类似零件的精加工提供一种新思路。