本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防止在銑削加工過(guò)程中切削力和切削溫度過(guò)大的刀具軌跡優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

數(shù)控加工過(guò)程中，由幾何模型生成的刀具軌跡，一般沒(méi)有考慮加工過(guò)程中的物理信息如切削過(guò)程中的切削力、切削溫度等，在一些加工的位置由于過(guò)大的切深、切寬，造成切削力和切削溫度過(guò)高，所以經(jīng)常在實(shí)際加工中可能會(huì)產(chǎn)生斷刀、刀具磨損、粘刀、機(jī)床損壞、加工精度降低等現(xiàn)象。所以對(duì)加工過(guò)程中的切削軌跡進(jìn)行一定的優(yōu)化，降低原來(lái)切削位置的切深或切寬，來(lái)保證加工過(guò)程中的切削力和切削溫度在合理的范圍內(nèi)，從而保護(hù)機(jī)床和刀具，提高加工精度，提升加工過(guò)程的安全性有重要的實(shí)際意義。

現(xiàn)有的零件模型生成的刀具軌跡一般只考慮了模型的外形信息，沒(méi)有充分的考慮加工過(guò)程中，一些位置過(guò)大的切削用量會(huì)造成各種加工過(guò)程中的問(wèn)題，如引起斷刀和機(jī)床損壞等。

現(xiàn)有的切削仿真優(yōu)化技術(shù)一般都只停留在對(duì)刀具軌跡進(jìn)給速度的控制上，通過(guò)控制材料的切除速率來(lái)優(yōu)化，但是這并不能降低軌跡中有些位置過(guò)大的切削寬度或切削深度，這可能會(huì)導(dǎo)致切削過(guò)程中的切削力和切削溫度等物理量不能在合理的范圍內(nèi)，也無(wú)法對(duì)刀具軌跡進(jìn)行重新的規(guī)劃，以生成更合理的刀具軌跡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種防止銑削過(guò)程中切削力和切削溫度過(guò)大的刀具軌跡優(yōu)化方法，可以用于修改加工過(guò)程中的刀具軌跡路徑，控制加工過(guò)程中的切深和切寬，從而控制加工過(guò)程中的切削力和切削溫度不超過(guò)合理的范圍。

所述的刀具軌跡優(yōu)化方法包括如下步驟：

第一步，讀取G代碼文件，毛坯模型文件和零件模型文件。

第二步，獲取每句G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡。

第三步，將獲取的G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡離散成一系列的采樣點(diǎn)，通過(guò)幾何仿真技術(shù)獲取每個(gè)采樣點(diǎn)的切削用量。

第四步，計(jì)算每句G代碼對(duì)應(yīng)切削軌跡的采樣點(diǎn)處的切削力和切削溫度。

第五步，判斷每句G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡上的所有采樣點(diǎn)處計(jì)算的切削力和切削溫度是否過(guò)大。如果過(guò)大，當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的軌跡進(jìn)行修改，執(zhí)行第六步，否則不修改。

第六步，判斷當(dāng)前切削類型。所述的切削類型包括余量切削和邊界切削。

第七步，根據(jù)不同的切削類型，生成不同的優(yōu)化切削軌跡。

如果是余量切削，將刀具沿刀軸方向直接抬刀，將前一次切削掉的材料分層切削。

如果是邊界切削，先沿刀具徑向退刀再抬刀再進(jìn)行分層切削。

第八步，如果對(duì)當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡有修改，則將修改后的刀具軌跡生成相應(yīng)的G代碼語(yǔ)句替代原來(lái)的G代碼，如果沒(méi)有，則保留當(dāng)前的G代碼。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.保護(hù)刀具在加工過(guò)程中不因?yàn)檫^(guò)大的切深切寬造成的切削力過(guò)大發(fā)生斷刀的現(xiàn)象。

2.通過(guò)控制切深切寬，間接控制加工中的溫度，防止發(fā)生粘刀現(xiàn)象。

3.更好的保護(hù)機(jī)床和提高加工的精度。

4.減少極端切削情況，減少刀具磨損，提高機(jī)床和刀具的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為余量切削過(guò)程中分層切削示意圖。

圖2為邊界切削過(guò)程中分層切削示意圖。

圖3為本發(fā)明提供的刀具軌跡優(yōu)化方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種控制切削力和切削溫度的刀具軌跡優(yōu)化方法，如圖3所示流程，具體步驟如下：

步驟一、讀取G代碼文件，毛坯模型文件，零件模型文件。

步驟二、分析G代碼文件，獲取每句G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡。

步驟三、將獲取的G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡從切削軌跡的起點(diǎn)開(kāi)始每間隔1mm的距離

(間隔的距離可以根據(jù)精度需求的不同設(shè)定得更長(zhǎng)或更短)取一個(gè)采樣點(diǎn)，利用這種采樣方式從切削軌跡上獲取一系列的采樣點(diǎn)，通過(guò)幾何仿真技術(shù)獲取每個(gè)采樣點(diǎn)的切削用量(包括位置坐標(biāo)、切削寬度、切削深度、進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速)。

步驟四、通過(guò)切削力經(jīng)驗(yàn)公式和切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算每句G代碼對(duì)應(yīng)切削軌跡的采樣點(diǎn)處的切削力和切削溫度。

步驟五、判斷每句G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡上的所有采樣點(diǎn)處計(jì)算的切削力和切削溫度是否過(guò)大。所述的過(guò)大是指在采樣點(diǎn)處計(jì)算的切削力和切削溫度超出了切削加工中所要求的合理范圍。

如果否，當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的軌跡不需要修改。

如果是過(guò)大，當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的軌跡需要修改，執(zhí)行步驟六。

步驟六，判斷當(dāng)前G代碼進(jìn)行的切削是余量切削還是邊界切削，具體判斷方法如下：

通過(guò)將刀具沿著當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的刀具軌跡偏移一個(gè)很小的距離得到的等距線軌跡(有兩條，軌跡的兩側(cè)各有一條)生成兩個(gè)刀具掃掠體，分別將兩個(gè)刀具掃掠體與零件模型求交。如果有相交代表當(dāng)前進(jìn)行的切削為邊界切削，如果不相交代表當(dāng)前進(jìn)行的切削為余量切削。簡(jiǎn)單的將這種判斷方法命名為試切法。

所述的余量切削是指當(dāng)前刀具軌跡切削后形成的輪廓邊界不是零件的最終輪廓邊界，還有后續(xù)的刀具軌跡會(huì)對(duì)當(dāng)前的位置的一些余量進(jìn)行切削。所述的邊界切削是指當(dāng)前刀具軌跡切削后形成的輪廓邊界是零件的最終的輪廓邊界，不會(huì)再有刀具軌跡對(duì)當(dāng)前的位置進(jìn)行切削。

步驟七，通過(guò)不同的切削類型生成不同的優(yōu)化切削軌跡。

(1)余量切削，因?yàn)楫?dāng)前的切削是余量切削，以后還有刀具軌跡會(huì)對(duì)當(dāng)前的位置進(jìn)行切削，所以不用考慮粗糙度等的影響，優(yōu)化的軌跡的方法是：我們只需要將刀具簡(jiǎn)單的沿刀軸方向直接抬刀一定的高度，將當(dāng)前G代碼以前一次加工切削掉的材料分成幾層來(lái)切削掉，這樣就可以通過(guò)降低切削深度來(lái)降低切削力和切削溫度，具體分為幾層可以通過(guò)切削力和切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到，簡(jiǎn)單的示意圖如圖1所示，圖1中最左側(cè)豎直向上箭頭線代表刀軸方向，原G代碼刀具軌跡為一條垂直與刀軸方向的直線，優(yōu)化后的刀具軌跡由抬刀軌跡、落刀軌跡、水平切削軌跡和水平退刀軌跡組成，其中與刀軸方向平行的豎直向上的箭頭線為抬刀軌跡，與刀軸方向平行的豎直向下的箭頭線代表落刀軌跡，與原G代碼刀具軌跡平行的水平向右的箭頭線為水平切削軌跡，與原G代碼刀具軌跡平行的水平向左的箭頭線為水平退刀軌跡，如圖1所示的優(yōu)化后的刀具軌跡的加工路徑為抬刀軌跡→水平切削軌跡→水平退刀軌跡→落刀軌跡→水平切削軌跡→水平退刀軌跡→落刀軌跡→水平切削軌跡，這樣優(yōu)化后的刀具軌跡將原來(lái)一次切削掉的余量分為3層來(lái)切削，使切削深度降到原來(lái)的三分之一，間接降低了切削力和切削溫度。雖然示意圖只是對(duì)直線情況作了說(shuō)明，但是該方法對(duì)圓弧軌跡同樣適用。

(2)邊界切削，因?yàn)楫?dāng)前的切削是邊界切削，切削后形成的輪廓邊界是零件的最終輪廓邊界。所以需要考慮刀具軌跡修改后對(duì)零件粗糙度造成的不利影響，所以一般不允許像余量切削時(shí)使用的直接軸向抬刀方法，需要先沿刀具徑向退刀再抬刀再進(jìn)行分層切削，具體的分層切削示意圖如圖2所示，圖中最左側(cè)豎直向上的箭頭線代表刀軸方向，與其相鄰的相互垂直的箭頭線代表刀具徑向，原G代碼刀具軌跡為一條直線，箭頭的方向代表刀具軌跡移動(dòng)的方向，優(yōu)化后的刀具軌跡由抬刀軌跡、落刀軌跡、徑向退刀軌跡、徑向進(jìn)刀軌跡、水平切削軌跡和水平退刀軌跡組成，其中與刀軸方向平行的豎直向上的箭頭線為抬刀軌跡，與刀軸方向平行的豎直向下的箭頭線代表落刀軌跡，與刀具徑向平行并箭頭方向一致的箭頭線代表徑向退刀軌跡，與刀具徑向平行但箭頭方向相反的箭頭線為徑向進(jìn)刀軌跡，與原G代碼刀具軌跡平行的向右的箭頭線為水平切削軌跡，與原G代碼刀具軌跡平行的向左的箭頭線為水平退刀軌跡。如圖所示的優(yōu)化后的刀具軌跡的加工路徑為徑向退刀軌跡→抬刀軌跡→徑向進(jìn)刀軌跡→水平切削軌跡→徑向退刀軌跡→水平退刀軌跡→落刀軌跡→徑向進(jìn)刀軌跡→水平切削軌跡→徑向退刀軌跡→水平退刀軌跡→落刀軌跡→徑向進(jìn)刀軌跡→水平切削軌跡，這樣優(yōu)化后的刀具軌跡將原來(lái)一次切削掉的余量分為3層來(lái)切削，使切削深度降到原來(lái)的三分之一，間接降低了切削力和切削溫度。雖然示意圖只是對(duì)直線情況作了說(shuō)明，但是該方法對(duì)圓弧軌跡同樣適用。

步驟八，如果對(duì)當(dāng)前G代碼對(duì)應(yīng)的切削軌跡有修改，則將修改后的刀具軌跡生成相應(yīng)的G代碼語(yǔ)句替代原來(lái)的G代碼，如果沒(méi)有，則保留當(dāng)前的G代碼。