本發(fā)明屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種簡單變截面零件的三軸數(shù)控粗加工方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的兩軸數(shù)控車床只適應(yīng)于回轉(zhuǎn)體零件的加工，加工的零件截面只能是圓形的單一形狀。若需要加工非圓的截面形狀零件只能借助其他數(shù)控機(jī)床，使得零件加工的工序變得復(fù)雜，降低加工效率且不能保證加工質(zhì)量。配有C軸的三軸數(shù)控車床使非圓的等截面形狀零件在車床上得以加工完成。零件加工時，使用動力刀架，將C軸的分度功能配合X軸、Z軸的聯(lián)動便可完成零件的加工。

非圓截面形狀的零件分為等截面零件和變截面零件。其中，等截面零件是指具有相似截面形狀而截面輪廓為任意曲線的零件；反之，截面形狀不滿足相似性質(zhì)的零件稱之為變截面零件。

目前針對等截面零件的三軸數(shù)控加工是利用三軸數(shù)控車的C軸功能，按照加工精度與切削要求，對于等截面零件去除大部分余量，實現(xiàn)零件的粗加工。其主要思想是對零件的相似截面曲線進(jìn)行等距劃分。但是針對變截面零件的三軸數(shù)控加工還未見相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提出一種用于簡單變截面零件的三軸數(shù)控粗加工方法，可用于由多段簡單形狀組成的外表面平滑過渡的軸形變截面零件三軸數(shù)控粗加工。

本發(fā)明提及的簡單形狀是指規(guī)則形狀中的凸多邊形、圓形或橢圓形等，且零件軸線通過上述形狀內(nèi)部。

取零件外形的最小包絡(luò)圓柱體的中心線為零件軸線；稱軸線與零件各截面的交點為該截面的離散中心點O。本發(fā)明提供的用于簡單變截面零件的三軸數(shù)控粗加工方法，包括如下步驟：

第一步，對零件的輪廓沿外法線方向作等距處理，等距距離為粗加工余量offset與刀具半徑r之和；

第二步，一級離散：對等距輪廓沿軸向進(jìn)行離散化，通過等距面分割法將等距輪廓分成一系列離散的橫截面曲線，離散程度根據(jù)加工精度確定；

第三步，二級離散：生成加工截面輪廓離散點。

一級離散的處理使得整個等距輪廓的組成元素只有曲線，也就是一條條的截面曲線。對每條截面曲線作如下處理：過該截面上的離散中心點O作等角度的射線簇，該射線簇中的每條射線與該截面曲線有一個交點，角度大小可根據(jù)要求的粗加工精度適當(dāng)調(diào)整；所有截面曲線處理結(jié)束后表示二級離散化完成；至此，等距輪廓的組成元素只有一系列的離散點。

第四步，生成各層的離散點：根據(jù)用戶給定的層高值h，對零件輪廓作距離為offset+r+h的等距處理，每層的等距距離增量為h，并重復(fù)第二步～第三步的步驟，直到等距輪廓截面上的離散點到離散中心的最小值大于等于毛坯半徑；

第五步，生成環(huán)切加工軌跡。

根據(jù)安全高度，確定刀具的進(jìn)刀點，并根據(jù)切削時每層的回退高度確定刀具的退刀點。按照加工方向，遍歷截面的離散點，將該截面相鄰離散點用直線連接，則截面上相鄰離散點的直線即為加工該截面的刀具軌跡，遍歷所有的截面便可以得到加工該層時每個截面的刀具軌跡。其余各層作相同處理。

這樣便得到了變截面零件的粗加工環(huán)切刀具軌跡。

本發(fā)明的優(yōu)點或者有益效果在于：

本發(fā)明可以根據(jù)加工精度要求靈活調(diào)節(jié)加工軌跡，有效解決了變截面零件的數(shù)控車加工問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中進(jìn)行離散過程示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的用于簡單變截面零件的三軸數(shù)控粗加工方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種用于簡單變截面零件的三軸數(shù)控粗加工方法，如圖2所示流程，具體包括如下步驟：

第一步，初始化。

給定初始等距距離dis＝offset+r，其中offset為粗加工余量，r為刀具半徑；

取零件外形的最小包絡(luò)圓柱體的中心線為零件軸線；稱軸線與零件各截面的交點為該截面的離散中心點O。

第二步，零件輪廓等距處理。

以dis為等距距離對零件的輪廓沿外法線方向作等距處理；

設(shè)零件輪廓的參數(shù)方程為(u,v為參數(shù)，x，y，z均為關(guān)于u,v的函數(shù))，曲線在(x,y,z)處的單位法向量為則等距輪廓的參數(shù)方程：

其中

第三步，一級離散；

采用等距面分割法對等距輪廓沿軸向進(jìn)行離散化，即將等距輪廓分成一系列離散的橫截面曲線，具體如下：

首先在零件長度范圍內(nèi)，對零件等距輪廓包絡(luò)圓柱體的中心線進(jìn)行間距為d的分割，得到一系列間距為d的離散中心點O；分別過各離散中心點O作與中心線垂直的平面，每個平面與零件等距輪廓均有一條唯一的交線，所有的交線構(gòu)成了一系列離散的橫截面曲線；其中，離散間距d根據(jù)加工精度確定，設(shè)離散出的截面曲線數(shù)為n；

第四步，二級離散；

生成加工截面輪廓離散點。第二步中的一級離散處理使得整個等距輪廓的組成元素只有曲線，也就是一條條的截面曲線。對每條截面曲線S_j作如下處理：過該截面的離散中心點O作等角度β的射線簇，該射線簇中的每條射線與該截面曲線有一個交點，如圖1中的P_i，設(shè)總的交點數(shù)為num＝2π/β，離散角度β大小由具體要求的粗加工精度決定；所有截面曲線處理結(jié)束后表示二級離散化完成；至此，等距輪廓的組成元素只有一系列的離散點。

第五步，離散結(jié)束條件判斷；

遍歷各個截面，計算截面曲線S_j上的離散點P_i到中心點O的距離Dis_ij，取其最小值min：

如果min≥r_Stock(r_Stock為毛坯半徑)，離散過程結(jié)束，轉(zhuǎn)入第六步；

否則根據(jù)用戶給定的層高值h，對零件輪廓作等距處理，令等距距離dis＝dis+h，繼續(xù)進(jìn)行第三步～第四步。

第六步，生成環(huán)切加工軌跡。

根據(jù)安全高度，確定刀具的進(jìn)刀點，并根據(jù)切削時每層的回退高度確定刀具的退刀點。按照加工方向，遍歷截面的離散點，將該截面相鄰離散點用直線連接，則截面上相鄰離散點的直線即為加工該截面的刀具軌跡，遍歷所有的截面便可以得到加工該層時每個截面的刀具軌跡。其余各層作相同處理。