本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)角插銑加工的插銑點(diǎn)位構(gòu)建方法，屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的cad/cam系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)角插銑加工編程需要人工交互創(chuàng)建所有的插銑點(diǎn)位，但是，由于轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域的多樣性，使得人工創(chuàng)建插銑點(diǎn)位非常繁瑣復(fù)雜，而且，目前，針對(duì)轉(zhuǎn)角插銑點(diǎn)位創(chuàng)建也沒有固定有效的方法，因此，許多編程人員在轉(zhuǎn)角加工編程中，只能退而求其次，選擇加工效率較低的輪廓銑削加工，這樣，一方面造成了轉(zhuǎn)角程序的加工效率低下，另一方面，尤其是對(duì)于深窄型的轉(zhuǎn)角，表面加工質(zhì)量較差甚至是難以滿足設(shè)計(jì)要求。為此，亟需提供一種有效的轉(zhuǎn)角插銑加工插銑點(diǎn)位自動(dòng)構(gòu)建的方法，以滿足插銑加工數(shù)控編程的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)角插銑加工的插銑點(diǎn)位構(gòu)建方法，該方法是基于轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域，在保證加工刀具極限切寬的前提下，以刀具加工切寬為步距，采用殘留退縮的方式進(jìn)行分層布點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角插銑點(diǎn)位的構(gòu)建。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

轉(zhuǎn)角插銑加工的插銑點(diǎn)位構(gòu)建方法，步驟如下：

(1)轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域的構(gòu)建：依據(jù)上把加工刀具的相關(guān)加工參數(shù)，獲取上把刀具加工后形成的轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域，該區(qū)域就是插銑加工的待加工區(qū)域；

(2)初始刀位軌跡線構(gòu)建：將上把刀具加工的圓弧邊界線向其圓心方向偏置一定距離(該距離等于刀具半徑減去刀具切寬)，即可獲得初始刀位軌跡線，后續(xù)以此軌跡線為基準(zhǔn)，在殘留區(qū)域進(jìn)行分層；

(3)插銑布點(diǎn)域：依據(jù)當(dāng)前加工的加工參數(shù)以及轉(zhuǎn)角邊界，求得插銑點(diǎn)位的布置區(qū)域；

(4)殘留退縮式分層：以初始刀位軌跡線為基準(zhǔn)，刀具切寬為步距，沿殘留逐漸縮小的方向進(jìn)行分層，這樣可以保證每層插銑達(dá)到允許的最大切寬，有助于節(jié)約插銑刀位點(diǎn)，提升加工效率；

(5)計(jì)算有效布點(diǎn)輪廓線：通過邊界約束和切寬約束，獲取有效布點(diǎn)輪廓線，這樣可保證刀位點(diǎn)不浪費(fèi)，加工不過切；(

6)進(jìn)刀點(diǎn)計(jì)算：依據(jù)用戶定制的允許殘留量，沿殘留退縮的方向，逐層在有效布點(diǎn)輪廓線上進(jìn)行進(jìn)刀點(diǎn)布置；

(7)退刀點(diǎn)計(jì)算：與進(jìn)刀點(diǎn)對(duì)應(yīng)，在由進(jìn)刀點(diǎn)指向上把加工刀具圓心的方向，計(jì)算相應(yīng)的退刀點(diǎn)，這樣可以避免退刀對(duì)已加工表面造成過切等；

(8)插銑點(diǎn)位集計(jì)算：每一步插銑加工，都包含進(jìn)刀和退刀兩階段，進(jìn)刀階段包括進(jìn)刀起始點(diǎn)和進(jìn)刀終止點(diǎn)，退刀階段包括退刀起始點(diǎn)和退刀終止點(diǎn)，按照前面計(jì)算的進(jìn)、退刀點(diǎn)位，以轉(zhuǎn)角軸向的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)為邊界，計(jì)算出轉(zhuǎn)角插銑加工的完整點(diǎn)位集。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的方法可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件中轉(zhuǎn)角插銑加工點(diǎn)位的構(gòu)建，該方法為轉(zhuǎn)角插銑快速數(shù)控編程提供關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于殘留域的轉(zhuǎn)角插銑加工數(shù)控程序的快速編制，同時(shí)，該方法對(duì)于其它結(jié)構(gòu)特征的插銑加工編程具有較大的借鑒作用。

附圖說明

圖1轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域示意圖。

圖2初始刀位軌跡構(gòu)建示意圖。

圖3插銑布點(diǎn)域ec示意圖。

圖4殘留退縮式分層示意圖。

圖5有效布點(diǎn)輪廓線示意圖。

圖6進(jìn)刀點(diǎn)計(jì)算示意圖。

圖7退刀點(diǎn)計(jì)算示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是建立在cad/cam系統(tǒng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角插銑加工的插銑點(diǎn)位構(gòu)建的一種方法。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的說明，本實(shí)施實(shí)例是在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的實(shí)現(xiàn)過程，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施實(shí)例。本發(fā)明實(shí)施詳細(xì)步驟如下：

1)轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域構(gòu)建

(1)將轉(zhuǎn)角切入端輪廓線li向轉(zhuǎn)角圓心方向偏置切入端余量δi，得到上把刀具加工切入邊界線lpi，同理，將lo向圓心側(cè)偏置余量δo，得到上把刀具加工切出邊界線lpo；

(2)以上把刀具半徑rp為半徑，對(duì)邊界線lpi、lpo進(jìn)行倒圓角，獲得圓弧線lpc，切點(diǎn)a為切寬增大起始點(diǎn)，切點(diǎn)b為切寬增大結(jié)束點(diǎn)，至此，由邊界線li、lc、lo以及l(fā)pc包圍形成的區(qū)域σp即為轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域(圖1)。

2)初始刀位軌跡線構(gòu)建

(1)偏置量δ計(jì)算：

δ＝rc－wc；

式中：

rc為當(dāng)前加工刀具的半徑，

wc為當(dāng)前刀具的切寬。

(2)以上把刀具加工邊界線lpc為基準(zhǔn)，向上把刀具所形成殘留圓角的圓心op一側(cè)偏置δ，即可獲得初始刀位軌跡線f1，其中fs為起始點(diǎn)，fe為終止點(diǎn)(圖2)。

3)插銑布點(diǎn)域ec構(gòu)建

(1)偏置量δc計(jì)算：

δc＝rc+ac

式中：

rc為當(dāng)前加工刀具的半徑，

ac為當(dāng)前刀具加工后的余量。

(2)將轉(zhuǎn)角輪廓線li、lc、lo向圓心op所在內(nèi)側(cè)方向偏置δc，獲得基于轉(zhuǎn)角輪廓線的刀位軌跡邊界線，包括邊界線bi、bc、bo，當(dāng)rc＞＝rc時(shí)(rc為待加工轉(zhuǎn)角半徑)，邊界線bc不存在。連接aop，與bi相交于bs，連接bop，與bo相交于be，bs為邊界線起始點(diǎn)，be為邊界線終止點(diǎn)。

由邊界線bi、bc、bo、beop和opbs組成的環(huán)所包圍的區(qū)域ec為插銑布點(diǎn)域(圖3)。

4)基于殘留域進(jìn)行殘留退縮式分層

當(dāng)初始刀位軌跡線f1與bi、bc、bo均不相交，且fi不包含在插銑布點(diǎn)域ec時(shí)，分層結(jié)束，加工轉(zhuǎn)角殘留需要分層數(shù)n＝1；否則，以初始刀位軌跡線f1為基線，沿去除余量的方向(由op指向oc的方向)逐層進(jìn)行偏置，偏置量為當(dāng)前刀具切寬wc，每層偏置線fi＝f1+(i-1)×wc。當(dāng)fi與bi、bc、bo均不相交，且fi不包含在插銑布點(diǎn)域ec時(shí)，分層結(jié)束，加工轉(zhuǎn)角殘留需要分層數(shù)n＝i。

5)計(jì)算每層有效布點(diǎn)輪廓線

設(shè)第i層插銑布點(diǎn)域?yàn)閑i。當(dāng)i＝1時(shí)，ei＝ec；當(dāng)i≧2時(shí)，ei＝ei-1－vi-1；

設(shè)第i層刀位輪廓域?yàn)閠i。延長線段opbe和opbs，與分層圓弧偏置線fi分別交于fei、fsi，則由fi、opfei、opfsi組成環(huán)所包圍區(qū)域即為ti；

設(shè)第i層有效布點(diǎn)域?yàn)関i，則有vi＝ei∩ti，提取vi邊界環(huán)li，由此即可求得，第i層有效布點(diǎn)輪廓線lvi(圖5)：

lvi＝li∩{fi，bi，bc，bo}；

6)計(jì)算插銑進(jìn)刀點(diǎn)位集pa

設(shè)第i層有效布點(diǎn)輪廓線lvi＝{mi，mc，mf，mo}，其中mi∈bi，mc∈bc，mf∈fi，mo∈bo，針對(duì)不同分層，mi，mc，mf，mo可以為空，但不能全部為空。

lvi包含多段線段，需要分段進(jìn)行布點(diǎn)。

(1)在mf上進(jìn)行布點(diǎn)：

以mf為基準(zhǔn)，向殘留退縮方向偏置rc，獲得理論加工邊界線b。取mf兩端點(diǎn)，分別以兩端點(diǎn)為圓心，作半徑均為rc的圓c1和c2，當(dāng)c1和c2相交且二者相交所形成的尖點(diǎn)(取距離理論加工邊界線b較近的交點(diǎn)，該點(diǎn)為實(shí)際加工中真實(shí)的殘留尖點(diǎn))與b的距離h≤wcmax(wcmax表示當(dāng)前刀具的極限切寬)時(shí)，完成mf上插銑布點(diǎn)；當(dāng)c1和c2不相交或者二者相交所形成的尖點(diǎn)與b的距離h＞wcmax時(shí)，等距遞增1個(gè)插銑點(diǎn)位，再次判別相鄰兩刀所形成殘留是否滿足h≤wcmax，如果不滿足條件，繼續(xù)等距遞增1個(gè)插銑點(diǎn)位，直至相鄰兩刀間殘留滿足條件h≤wcmax，完成該段區(qū)域插銑布點(diǎn)。

(2)在mi，mc，mo上布點(diǎn)：

在mi，mc，mo上布點(diǎn)時(shí)，除判別條件有所區(qū)別外，其余方法同上。首先對(duì)待布點(diǎn)邊線向殘留退縮方向偏置rc，獲得理論加工邊界線，然后以待布點(diǎn)邊線兩端點(diǎn)開始，判別相鄰兩刀的殘留h是否滿足條件h≤a(a為用戶定制的允許最終殘留量)，如果滿足條件h≤a，則停止布點(diǎn)，否則，等距增加1個(gè)插銑點(diǎn)，并判別相鄰兩刀殘留h是否滿足判別條件，直至滿足條件h≤a，完成該段區(qū)域的插銑布點(diǎn)。

(3)分段完成布點(diǎn)后，形成點(diǎn)位集pi,對(duì)pi進(jìn)行去重復(fù)處理,然后以op為參考點(diǎn)，對(duì)pi包含點(diǎn)進(jìn)行逆時(shí)針排序，至此完成第i層有效布點(diǎn)輪廓線lvi上的插銑布點(diǎn)，求得點(diǎn)位集pi。

(4)按照上述方法，依次獲得每層的點(diǎn)位集p1、p2……pn，由此，可求得進(jìn)刀點(diǎn)位集pa為:

7)計(jì)算插銑退刀點(diǎn)位集pr

設(shè)退刀方向向量則有

設(shè)pai為進(jìn)刀點(diǎn)位集pa中第i個(gè)點(diǎn)，以pai為基點(diǎn)，按方向偏置距離dret,即可求的當(dāng)前進(jìn)刀點(diǎn)pai對(duì)應(yīng)的退刀點(diǎn)pri，據(jù)此，求得與進(jìn)刀點(diǎn)位集pa對(duì)應(yīng)的退刀點(diǎn)位集pr。

8)計(jì)算插銑點(diǎn)位集p

設(shè)進(jìn)刀點(diǎn)位集pa中第i個(gè)點(diǎn)為pai，將點(diǎn)pai沿著轉(zhuǎn)角軸線方向分別向轉(zhuǎn)角的頂面和底面進(jìn)行投影，得到進(jìn)刀階段的兩極限位置點(diǎn)paui、padi；

設(shè)退刀點(diǎn)位集pr中第i個(gè)點(diǎn)為pri，將點(diǎn)pri沿著轉(zhuǎn)角軸線方向分別向轉(zhuǎn)角的底面和頂面進(jìn)行投影，得到退刀階段的兩極限位置點(diǎn)prdi、prui；

由此可求得轉(zhuǎn)角殘留區(qū)域插銑加工的插銑點(diǎn)位集p為：