非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107037779A(43)申请公布日2017.08.11(21)申请号201710319928.X(22)申请日2017.05.09(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人侯斐茹万能段永吉(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人陈星(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法(57)摘要本发明提出了一种非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法，首先以设计曲面的刀位文件为原型反算得到目标加工曲面的刀触点，其次对目标加工曲面刀触点步长进行补偿，然后获取极限残高曲面，最后对目标加工曲面中的行距进行优化。本发明不仅能够实现在优化层次提高的情况下，根据叶片的设计曲面的刀位文件得到目标加工曲面的刀触点坐标，而且在非均匀轮廓度公差的条件下，在保证加工效率的情况下使得优化后的刀位行距和步距满足非均匀公差，保障自适应加工后的叶片满足特定的精度要求。CN107037779ACN107037779A权利要求书1/2页1.一种非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：从设计曲面的刀触点坐标反算出设计曲面上的参数(u,v)，根据等参数原则，依据目标加工曲面的参数方程，解算出目标加工曲面的刀触点坐标p(u,v)；步骤2：对目标加工曲面刀触点步长进行补偿：所述步长指目标加工曲面上同一条刀触点轨迹相邻两刀触点间的距离；补偿过程为：对于目标加工曲面上同一条刀触点轨迹相邻两刀触点P1(u1,v1)和P2(u2,v1)，判断刀触点P1(u1,v1)和P2(u2,v1)形成的线段与上轮廓度公差曲面或下轮廓度公差曲面是否相交，若相交，则在参数处插入一个刀触点；反复迭代补偿，直至目标加工曲面上同一条刀触点轨迹中所有相邻刀触点连线与上轮廓公差曲面和下轮廓公差曲面均不相交；步骤3：获取极限残高曲面s(u,v)：步骤3.1：在目标加工曲面u方向以及v方向上离散若干点，得到目标加工曲面上的离散点阵列；步骤3.2：计算步骤3.1得到的离散点阵列到上轮廓公差曲面的距离di；步骤3.3：对于离散点阵列中的每个点，以u方向参数ui作为点的x坐标，以v方向参数vi作为点的y坐标，以到上轮廓公差曲面的距离di作为点的z坐标；对离散点阵列插值得到极限残高曲面s(u,v)；步骤4：对目标加工曲面中的行距进行优化：所述优化过程为以目标加工曲面上的上一行刀触点为基准，优化下一行刀触点参数，并依次进行优化；其中以第一行刀触点参数(u1,v1),(u2,v1),…,(uK,v1)为基准优化第二行刀触点(u1,Δv),(u2,Δv),…,(uK,Δv)的过程为：步骤4.1：以Δv为优化变量，建立目标函数minf＝-Δv；步骤4.2：建立约束函数其中hi为每两行刀触点实际加工中残高：R为球头刀半径；ρv,i为目标加工曲面在参数(ui,Δv)处的法曲率半径；Li为上一行刀触点p(ui,v1)和下一行刀触点p(ui,Δv)对应的行距；sign为符号函数，目标加工曲面为凸曲面，sign＝1；目标加工曲面为凹曲面sign＝-1；行距的计算公式为：Li＝||p(ui,v)-p(ui,Δv)||目标加工曲面在参数(ui,Δv)处的法曲率半径计算公式为：2CN107037779A权利要求书2/2页22Ei＝pu,i；Fi＝pu,i·pv,i；Gi＝pv,i；Li＝puu,i·ni；Mi＝puv,i·ni；Ni＝pvv,i·ni；其中pu.i和pv,i分别为目标加工曲面在参数(ui,Δv)上的u向一阶导数和v向一阶导数；puu,i和pvv,i分别为目标加工曲面在参数(ui,Δv)上的u向二阶导数和v向二阶导数；ni为目标加工曲面在参数(ui,Δv)上的单位外法矢；目标加工曲面的凹凸性根据目标加工曲面在参数(ui,Δv)上的高斯曲率和平均曲率判断；步骤4.3：对优化变量Δv进行迭代优化，当优化变量在迭代过程中的变化量小于设定阈值时，优化第二行刀触点(u1,Δv),(u2,Δv),…,(uK,Δv)过程结束；而在目标加工曲面上进行行距优化的终止条件为优化变量与1的差值小于设定阈值时，目标加工曲面上的行距优化过程结束。3CN107037779A说明书1/7页非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法技术领域[0001]本发明涉及NC加工刀具轨迹优化领域，具体地说是一种基于非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法。背景技术[0002]近年来，智能制造中的自适应加工成为当前提高小余量叶片加工成品率的有效方法，即叶片的设计曲面与小余量