正三角網(wǎng)格螺旋型加工軌跡生成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機床技術的刀具軌跡加工方法領域，具體涉及到一種正三角網(wǎng)格螺旋 型加工軌跡生成方法。
【背景技術】
[0002] 貯箱作為運載火箭重要組成部分，承載著火箭在飛行過程中所需的全部燃料。鑒 于新一代運載火箭輕質(zhì)化的要求，貯箱壁板采用機械銑切成形技術，具有更高的精度和更 穩(wěn)定的性能。然而由于壁板材料去除率高，加工周期長，嚴重影響型號研制進度。
[0003] 高效銑切加工技術作為有效提高生產(chǎn)效率的重要手段，不僅實現(xiàn)了切削速度的提 高，更是制造技術全面進步，使生產(chǎn)效率的成倍提高。在高速加工過程中，合理規(guī)劃銑削刀 軌路徑、制定高效工藝路線、優(yōu)化數(shù)控編程模式，是提高壁板型腔加工效率的重要途徑。
[0004] 目前基于UG默認的刀具軌跡是按照槽最終的形狀逐漸進行加工的，這種傳統(tǒng)的 軌跡存在很多尖角，不僅影響加工速度，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量和機床精度。工藝人員采用UG 軟件進行數(shù)控編程，典型程序軌跡如圖1所示，刀具加工時由A-B-C進行，在經(jīng)過B點時機 床運動轉向，由于慣性影響造成拐角部分（B點區(qū)域）側壁過切，同時高速加工時瞬時沖擊 載荷過大，影響機床長期精度。為保證產(chǎn)品質(zhì)量和減少對機床精度的影響，程序拐角部分（B 點區(qū)域）切削進給速度降低至原速度30%，導致壁板整體加工效率降低。采用該加工模式 除最后一圈必不可少的3處尖角部分外，還存在多處尖角部分，并具有以下幾項缺點：1)造 成產(chǎn)品超差。若不采取拐角減速，在程序尖角部分（B點）由于機床慣性的影響，易造成拐角 部分過切，導致產(chǎn)品超差。2)降低機床精度。若不采取拐角減速，在程序尖角部分（B點） 機床瞬間轉向，瞬時沖擊載荷過大，損傷機床導軌，造成定位精度降低。3)降低生產(chǎn)效率。 若采取拐角減速，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，圖一中A-B-C曲線的進給速度僅為原速度的30%，所 有尖角全部減速，嚴重影響整體加工效率。
[0005] 波音公司開發(fā)了一種基于偏微分方程的平面型腔螺旋線加工軌跡生成方法，刀具 軌跡如圖2所示，這種改進的銑削路徑可以節(jié)省14%的加工時間。但是，該技術方案除最后 一圈經(jīng)加工軌跡外也存在尖角部分，只要存在尖角部分，就存在造成產(chǎn)品超差、降低機床精 度、降低生產(chǎn)效率等問題。而且該技術方案二的軌跡是一般的螺旋線，當用此螺旋線作為刀 具加工軌跡時，程序運算時間長，影響加工時間。
[0006] 目前，開發(fā)一種新的高效的壁板銑切加工刀具軌跡生成方法已經(jīng)迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種正三角網(wǎng)格螺旋型加工軌跡生成方法，合理規(guī)劃銑削 刀軌路徑、制定高效工藝路線、優(yōu)化數(shù)控編程模式，優(yōu)化加工刀具軌跡，提高壁板加工效 率。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是這樣實現(xiàn)的：一種正三角網(wǎng)格螺旋型 加工軌跡生成方法，根據(jù)加工區(qū)域，建立正三角網(wǎng)格模型；其中設正三角形型腔高為H，三 頂點按照逆時針順序分別為A、B、C，以正三角形型腔中心為坐標原點0,以芘方向為X軸， 以G方向為Y軸，建立直角坐標系；其特征在于，加工軌跡生成包括以下步驟：
[0009] 步驟一：采用由外向里的規(guī)劃方式，確定精加工、粗加工邊界線；
[0010] 步驟二：根據(jù)無殘余原則，規(guī)劃粗加工路徑軌跡，由外向內(nèi)規(guī)劃所有中心頂點線上 的必經(jīng)點；采取類漸開線環(huán)切方式、直線與相切圓弧首尾連接的刀具加工軌跡確定方法；
[0011] 步驟三：根據(jù)無殘余原則，規(guī)劃精加工路徑軌跡。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟一中為使加工軌跡長度較短，且要避免尖角，粗加工在三角形三 個頂點處銑過的輪廓必須在精加工所能加工的最大輪廓之外或者相切。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟二中粗加工路徑軌跡的規(guī)劃方法為：
[0014] (1)設置參數(shù)如下：精加工余量m,精加工刀具直徑d ;粗加工余量b，粗加工刀具 直徑D，粗加工刀具重疊量α，圓弧半徑r ;
[0015] (2)設i|.:v -、. Si:方向單位向量分別為成錢、，粗加工底面銑去寬度2(^為 DXa;
[0016] 貝IJ，粗加工最外圈對應二、S, 5^方向必經(jīng)點N1處坐標分別為：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] (3)由粗加工最外圈必經(jīng)點向內(nèi)規(guī)劃，則同一特征線0A、0B、0C上連續(xù)特征點之間 距離為2Q，則可得到其余粗加工最必經(jīng)點坐標，直至必經(jīng)點與原點0距離小于等于2(^時 終止，最內(nèi)圈三個必經(jīng)點設為L n、Mn、Nn;
[0021] (4)除LN、Mn外，經(jīng)過每個必經(jīng)點L ;、Μ;、隊做半徑為r的圓，其中i〈 = η ;圓心分 別為D1A1J1，圓心靠近原點0-側；以線段OL n中點為圓心，以原點0為起點做逆時針方向 圓弧Cs,以原點〇為圓心做過點Ln、Mn、Nn的逆時針方向圓弧1?，取圓弧C s、圓弧1? 為加工刀具軌跡中的一部分；
[0022] (5)做圓Fn與圓Dn i的公切線，該公切線為遠離原點0-側，分別與圓Fn、圓Dn i交 于點Vn、Qn i，取圓弧1?、切線VnQn 加工刀具軌跡中的一部分；做圓Dn i與圓En i的公切 線，該公切線為遠離原點0 -側，分別與圓Dn i、圓En i交于點P n i、Sn i，取圓弧、切 線Pn i為加工刀具軌跡中的一部分；做圓E n i與圓F n i的公切線，該公切線為遠離原點0 一側，分別與圓En i、圓Fn i交于點U n i，取圓弧、切線Tn札i為加工刀具軌跡中的一 部分；以此類推，直至得到CR,再取線段V1Q1為部分加工刀具軌跡；
[0023] (6)考慮到退刀問題，刀具軌跡再取$1?，并在此基礎上延切線P1S1方向取兩個刀 具直徑長度的線段。
[0024] 進一步的，所述Ln、Mn、Nn是正三角形同一特征線上同一煒度的三點，與原點0距離 相同。
[0025] 更進一步的，所述Ln、Mn、Nn中，η大于等于2。
[0026] 優(yōu)選的，所述步驟三中精加工路徑軌跡的規(guī)劃方法為：
[0027] 精加工路徑設計成一圈正三角形和附加刀路圓的形式，其中刀路圓半徑R的選取 范圍為 Η 以1 ·* .〇·
[0028] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所述的正三角網(wǎng)格螺旋型加工軌跡生成方法具有以下優(yōu) 勢：生成的壁板銑切加工刀具軌跡不僅解決了刀具軌跡每一切削循環(huán)內(nèi)切削段存在拐角的 問題，而且解決了各循環(huán)之間應采用圓滑過渡的問題，經(jīng)過實際驗證，圓弧半徑r越小，刀 具軌跡越短，而且當r取2_時即可全路徑滿速加工，大幅提高了加工效率。采用此方法生 成的加工刀具軌跡進行加工時，可以節(jié)省至少20%的加工時間。而且，采用此方法生成的加 工刀具軌跡進行加工時，解決了刀具軌跡由于慣性造成的瞬時沖擊載荷過大，以及側壁易 過切等問題，延長了刀具和機床的使用壽命。
【附圖說明】
[0029] 構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明創(chuàng)造的進一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的 示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構成對本發(fā)明創(chuàng)造的不當限定。在附圖 中：
[0030] 圖1是現(xiàn)有技術中UG默認的傳統(tǒng)刀具軌跡示意圖；
[0031] 圖2是現(xiàn)有技術中波音公司螺旋線刀具軌跡示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明必經(jīng)點切線圓弧式刀具軌跡示意圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明必經(jīng)點切線圓弧式刀具軌跡粗加工軌跡原理圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明必經(jīng)點切線圓弧式刀具軌跡精加工軌跡原理圖。
【具體實施方式】
[0035] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實施例及實施例中的特征可以相互 組合。
[0036] 下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0037] 本發(fā)明通過對正三角形型腔銑切加工刀具軌跡生成方法進行研究，優(yōu)化加工刀具 軌跡，提高壁板加工效率。將UG默認的傳統(tǒng)的刀具軌跡中的粗加工軌跡部分優(yōu)化成沒有尖 角的軌跡，同時采用類似螺旋漸開線的方式，利用直線圓弧首尾相接，形成刀具軌跡一一必 經(jīng)點切線圓弧式刀具軌跡。經(jīng)過實際驗證，刀具軌跡高效可行。
[0038] 解決問題：在盡量縮短加工軌跡長度的同時，解決除最后一圈精加工必不可少的 3處尖角部分外的軌跡中其余部分的尖角問題。
[0039] 從提高加工效率的角度分析，理論上越靠近外圈，路徑越長，因此采用由外向里的 規(guī)劃方式，先確定精加工、粗加工邊界線，再按照無殘余要求進行路徑規(guī)劃。根據(jù)無殘余原 貝IJ，由外向內(nèi)規(guī)劃所有中心頂點線上的必經(jīng)點。