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专利号: 2019102647254
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种球头铣刀五轴加工瞬时切削厚度求解方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)、根据球头铣刀参数建立三维球头铣刀模型,根据工件参数建立三维工件模型;以球头铣刀模型为工具体,以工件模型为目标体,设定铣削参数两者布尔减运算得到真实的三维已加工表面模型;其中得到真实的三维已加工表面模型的具体步骤包括:(1.1)建立三维球头铣刀模型:

针对球头铣刀的几何结构,其三维模型的建立主要通过球头铣刀周刃螺旋线、球刃螺旋线及退刀槽扫掠线的参数方程实现;在三维建模软件中,绘制球头铣刀模型的步骤为:旋转、拉伸形成棒料;根据参数方程绘制周刃、球刃螺旋线及退刀槽曲线;绘制周刃截面曲线,沿周刃螺旋线、退刀槽曲线扫掠切除,然后阵列,形成周刃螺旋槽及退刀槽;绘制两条球刃截面曲线,分别沿球刃螺旋线扫掠切除,形成球刃前、后刀面;缝合曲面,形成完成的三维球头铣刀模型;

(1.2)、定义球头铣刀五轴加工的坐标系为:

整体坐标系Ra(Oa,Xa,Ya,Za)固定在工件模型上,对于铣削加工,刀具加工初始点在Oa上,Xa轴为刀具进给方向,局部坐标系Rc(Oc,Xc,Yc,Zc)定义在球头铣刀模型上,随着球头铣刀的运动在工件平面进行运动,铣削加工时为沿着Xa轴方向的直线运动,Oc点固定于球头铣刀主轴上,Zc轴与球头铣刀主轴方向重合;

(1.3)、布尔减运算得到三维已加工表面模型:球头铣刀是工具体,工件是目标体,首先球头铣刀移动到铣削过程的起始位置,然后沿着工件的边沿线一步步的移动并伴随旋转运动,且每一步的运动后进行一次布尔减运算,设定铣削参数直到铣削加工过程完成;铣削加工可获得已加工工件,球头铣刀真实的刀刃痕迹体现在工件表面;

(2)、基于瞬时切削厚度理论创建辅助实体;其中创建辅助实体模型的具体步骤包括:(2.1)、首先根据球刃曲线构建辅助面,计算球头铣刀瞬时切削厚度:

点Oc1和点Oc2分别代表第i个切削刃和第i+1个切削刃相对应的球头中心,设N点为第i个切削刃的瞬时位置,M点为第i+1个连续的切削刃上的点,则Oc2M的连接线通过第i个切削刃上的点N,MN即球头铣刀的瞬时切削厚度h;

由于第i+1个球刃曲线上存在无数个M点,将Oc2M的连线作为辅助线;在第i+1个刀刃上,连接i个辅助线Oc2Mi形成当前刀刃的辅助面;该辅助面与第i个刀刃切削之后留下的工件的相交面积,即第i+1个刀刃的瞬时切削厚度;

(2.2)、根据当前刀刃的辅助面创建辅助实体三维模型:

对辅助面赋值厚度,将辅助面转化为辅助实体三维模型,通过布尔运算模块来获取辅助实体与已加工工件的相交部分面积,即瞬时切削厚度;

(3)、求相同铣削参数下辅助实体与已加工表面模型布尔交运算后的瞬时切削厚度实体;其中得到切削厚度实体模型的具体步骤包括:为获得切削厚度实体,首先对辅助实体赋予和球头铣刀相同的平移和旋转的铣削参数,然后以辅助实体作为布尔交运算的工具体,已加工工件模型为目标体;保持已加工工件位置不变,辅助实体每旋转一个角度,便沿Xa轴向前移动相应的距离,并在平移后与已加工工件做一次布尔交运算从而获得该位置的相交实体;因相交部分的面积为当前位置刀刃的瞬时切削厚度,该相交实体即为切削厚度实体;

进行循环可得到铣削过程中不同旋转角度下的切削厚度实体模型;

(4)、利用基准面离散根据切削厚度实体模型求解球头铣刀瞬时切削厚度;其中求解球头铣刀瞬时切削厚度的具体包括如下步骤:(4.1)、离散切削厚度实体:

首先以辅助实体的中心点Oc为基准,创建平行于XOY平面的基准面;其次对基准面进行等角度阵列,可形成角度间隔相等的数个平面;然后通过修剪体命令,对切削厚度实体进行离散分割,形成数个瞬时切削厚度实体;

(4.2)、提取瞬时切削厚度的值:

球头铣刀的瞬时切削厚度是瞬时切削厚度实体的侧面表面积,通过测量提取瞬时切削厚度实体的体积获得瞬时切削厚度。