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专利号: 2021103101112
申请人: 吉林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-07-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于,包括下列步骤:

(1)在空间直角坐标系下建立柱面球冠的模型,选择圆柱轴线为X轴,根据螺旋轨迹的螺距对X轴进行刻度划分,同时对径向角度进行划分;

其中建立柱面球冠的模型,即将球冠向柱面径向进行映射,使微特征球冠在长度为LL半径为RL的柱面上均匀分布,球冠在柱面上的径向分布个数为nj,轴向分布个数为nx,轴向球冠分布间隙为lx;

以球冠边际点M为切点做球冠的切线LM,则切线相交竖轴的交点L为待映射圆柱的中心线上一点,点L到所述的球冠底平面中心点N的距离即为所述的待映射圆柱的半径,设定所述圆柱的中心L到所述球冠最高点H的距离为h,设定所述球冠所在球的半径为R,设定LM与LN之间的夹角为θmax,则球冠底平面半径Rs的求解方程为:选择圆柱的轴线为X轴,螺旋轨迹的螺距为lj,将径向角度划分为tt份,则轴向刻度为:推导出柱面径向角度坐标为:

θi=2πi/tt    (3)其中,i为对柱面轴向刻度划分的份数,i=1,2,3,…,LL·tt/lj;

(2)根据设定的径向球冠分布个数划分出球冠处柱面分布角度和非球冠处柱面分布角度;

(3)推导圆柱面生成表达式,将柱面轴向按照螺距刻度划分,根据非微特征球冠处柱面分布角度按照径向所分份数生成非微特柱面刀触点轨迹;

(4)推导柱面球冠表达式,将柱面轴向按照螺距刻度划分,根据微特征球冠处柱面分布角度按照径向所分份数生成微特征球冠处柱面刀触点轨迹;

(5)选取刀具半径,根据刀具半径补偿公式对刀触点进行刀具半径补偿生成刀位点轨迹;

(6)将刀位点坐标输出生成数控机床加工NC代码。

2.根据权利要求1所述的一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤(2)中,根据设定的径向球冠分布个数划分出球冠处柱面分布角度和非球冠处柱面分布角度,设定径向球冠分布个数为nj,则可推出径向球冠间隙角度θl为:θl=2π/nj‑2θmax    (4)当 且

时,此为非球冠处柱面径向分布角度,其中c=i\tt;

当 且

时,此为球冠处柱面径向分布角度,其中c=i\tt。

3.根据权利要求1所述的一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤(3)中,螺旋轨迹的螺距lj为在进行柱面微特征数控加工中,刀具沿工件径向车削一周在工件轴向的进给长度,刀具在工件径向车削一周过程中每两点之间的径向角度为2π/tt,同时在轴向刀触点刻度为lj/tt,整个微特征柱面结构加工完成后刀触点总点数为LL·tt/lj;

依据划分的轴向刻度推导所述非球冠处微特征柱面径向分布角度下的圆柱面刀触点轨迹为:

其中,i=1,2,3,…,LL·tt/lj,j=1,2,…,nj。

4.根据权利要求1所述的一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤(4)中,依据划分的轴向刻度推导出所述球冠处微特征柱面径向分布角度下的柱面刀触点轨迹,需要将球冠上的点向圆柱面进行映射,为了便于后续刀触点轨迹的推导,根据几何关系设定两个待映射点处的必要参数:球冠向柱面映射分为两种情况,第一种为球冠表面映射之前在圆柱表面的外面,即当时,其中nn=0,1,…,nx,需对待映射点进行压缩,推导此时的柱面微特征球冠方程为:令 将螺旋轨迹方程应用到上述柱面球冠微特征方程中,进行推导此时的刀触点轨迹方程为:

其中i=1,2,3,…,LL·tt/lj,j=1,2,…,nj+1;

球冠向圆柱表面映射的第二种情况为球冠表面映射之前在圆柱表面的里面,即当时,其中nn=0,1,…,nx,推导此时的柱面微特征球冠方程为:

其中, XXi=Xi‑(2Rs+lx)·nn‑(Rs+lx);

令 将螺旋轨迹方程应用到上述柱面球冠微特征方程中,推导此时的刀触点轨迹方程为:

其中i=1,2,3,…,LL·tt/lj,j=1,2,…,nj+1。

5.根据权利要求1所述的一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤(5)中,求解出刀触点轨迹后需要求解车削轨迹的刀位点数据,从而输入NC代码加工工件,其中,刀位点轨迹是在刀触点轨迹每一点的法向方向上向外进行刀具半径补偿而形成的,故给定刀触点轨迹和刀尖半径即可求得刀位点轨迹,设定金刚石刀具半径为r,逐一对每个刀触点作过旋转轴的面,然后在该面上的刀触点处进行法向量方向进行刀具半径补偿,这样按照轴向进给方向依次进行就可得到所有的刀位点;

对刀触点轨迹方程进行求解一阶导和二阶导,为方便后续NC代码的求解,将刀触点轨迹的旋转轴设定为z轴,故令t(i,j)=x(i,j),x(i,j)=z(i,j),z(i,j)=t(i,j),则推导出柱面微特征球冠车削轨迹每一刀触点处的主法向量计算公式为:其中i=1,2,3,…,LL·tt/lj,j=1,2,…,nj+1;

计算刀触点半径补偿后的相应刀位点轨迹方程为:其中,r为金刚石刀具刀尖圆弧半径,i=1,2,3,…,LL·tt/lj,j=1,2,…,nj+1。

6.根据权利要求1所述的一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤(6)中,将所得刀位点数据由笛卡尔坐标系(x,y,z)转化为圆柱坐标系(ρ,θ,z),再将转换为圆柱坐标后的数据坐标输出为NC代码,该NC代码即可用于工件的实际数控加工,转化方程如下: