CN102411334A - 插铣刀具路径优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种插铣刀具路径优化方法，每个插铣刀路循环包括缓降加工刀具路径，包含如下步骤：步骤1）：根据插铣加工刀具路径及毛坯特征，计算并加入缓降加工刀具路径，生成相应的刀位点、以及刀轴矢量。步骤2）：根据刀位点、刀轴矢量、以及零件特征，计算并加入插铣进刀、插铣移刀、快速退刀的刀具路径。计算并优化插铣各步刀路的插铣深度，使得插铣后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。本发明的有益效果包括：缓降进刀及各步插铣深度优化有效提高了刀具寿命；移刀，快速退刀有效提高零件加工的表面质量，并大大缩短了插铣加工的时间。可广泛适用于3轴，4轴，5轴插铣加工。

Description

插铣刀具路径优化方法

技术领域：

本发明涉及铣削刀具路径规划，具体提供了一种插铣加工的刀具路径优化方法，适用于各类航空叶轮，型腔件的插铣加工。

背景技术：

插铣法是一种实现高切除率金属切削的加工方法。对于难加工材料的曲面加工、切槽加工以及刀具悬伸长度较大的加工，插铣法的加工效率远远高于常规的端面铣削法。此外，插铣加工还具有以下优点：可减小工件变形；可降低作用于铣床的径向切削力，这意味着轴系已磨损的主轴仍可用于插铣加工而不会影响工件加工质量；刀具悬伸长度较大，这对于工件凹槽或表面的铣削加工十分有利；能实现对高温合金材料的切槽加工。插铣法非常适合模具型腔的粗加工，并被推荐用于航空零部件的高效加工。

现有的插铣刀具路径规划方法往往集中于参与切削部分的刀路规划，而忽略了插铣中包含进退刀过程的整体规划。忽略这两个重要过程，在进刀时容易造成对刀具的冲击，从而导致刀刃的崩坏，在退刀时，原地沿刀轴方向退刀，常常会划伤工件表面，并危害刀具。为了保护刀具，通常做法为退刀时采用较低的进给速度。另外，每步插铣之间的深度关系没有进行规划，导致部分插铣刀路在插铣到底部时切宽突然增大，损坏刀具。

经对现有技术的文献检索发现，申请号为200810246906.6的中国专利《一种航空发动机机匣五轴插铣方法》，其刀具路径规划主要方法是在现有端铣加工的刀具路径的基础上，生成插铣路径，并未涉及插铣时进退刀工艺的规划；申请号为200910219433.5的中国专利《闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法》中，也未对插铣加工进行包含进退刀的整体规划。

发明内容：

本发明的目的是针对现有插铣路径规划方法的不足，提出了一套插铣加工的刀具路径优化方法。其能有效解决插铣时切入工件时的冲击过大，退刀时刀具刮伤工件等问题。并且能大大提高现有插铣加工的效率。

根据本发明的一个方面，提供一种插铣刀具路径优化方法，每个插铣刀路循环包括缓降加工刀具路径，包含如下步骤：步骤1）：根据插铣加工刀具路径及毛坯特征，计算并加入缓降加工刀具路径，生成相应的刀位点、以及刀轴矢量。

优选地，每个插铣刀路循环包括插铣进刀、插铣移刀、快速退刀的刀具路径，包含如下步骤：步骤2）：根据刀位点、刀轴矢量、以及零件特征，计算并加入插铣进刀、插铣移刀、快速退刀的刀具路径。

优选地，包含如下步骤：步骤3）：将各个单步的插铣刀路循环连接起来，生成标准的刀位文件。

优选地，根据插铣刀具路径及零件特征，计算并优化插铣各步刀路的插铣深度，使得插铣后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。-

优选地，每个插铣刀路循环所包含的缓降刀具路径，刀具初始切入工件的进给速度比正常加工的进给速度小。

优选地，刀具在完成插铣刀路循环中的切削工作后，向远离工件侧壁的方向移动，然后快速退刀，完成插铣循环。

优选地，按插铣刀路生成的顺序，插铣的后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。

优选地，退刀刀路采用高进给速度。

优选地，退刀刀路采用的高进给速度为机床的最高速度。

更为具体地，本发明的技术方案是：一种插铣刀具路径优化方法，其优化方法如下：

1)        根据已有的插铣加工路径及零件几何形状，计算缓降加工刀具路径；

2)        根据所得到增加过缓降加工的刀具路径，计算插铣移刀，快速退刀，优化各步插铣深度的刀具路径；

本发明的工作原理是：首先根据刀位点及刀轴矢量，以及工件表面的几何数据，计算出单步插铣时的缓降点，并生成相应的刀位点及刀轴矢量；再根据刀位点，刀轴矢量，工件，计算出可行的退刀位置，并生成相应的刀位点及刀轴矢量；最后将各个单步的插铣刀路的循环连接起来，并生成标准的刀位文件。

其中在计算缓降刀路时，包含对缓降刀路的速度规划。缓降的刀路是刀具刚刚进入工件时的刀路，此时对刀具的冲击较大，因此给予较低的进给速度。

在计算移刀刀路时，可行的移刀方向指在该方向上刀具移动不会与工件发生干涉。由于移刀刀路使得刀具已经离开工件，因此退刀刀路可以采用较高的进给速度，通常为机床的最高速度。

在优化计算前后刀路的插铣深度时，为了防止刀具切宽突然增大，应当保证后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。

本发明中所阐述的插铣路径规划方法可被用于各种3维空间中的插铣加工，因此可广泛适用于3轴，4轴，5轴插铣加工。

本发明的有益效果包括：缓降进刀及各步插铣深度优化有效提高了刀具寿命；移刀，快速退刀有效提高零件加工的表面质量，并大大缩短了插铣加工的时间。

附图说明

图1是插铣的铣削运动方式的示意图。

图2是根据零件的造型生成的插铣刀路的示意图。

图3 是缓降刀路计算的示意图。

图4 是移刀及快速退刀刀路的示意图。

图5是插铣各步插铣深度优化示意图。

具体实施方法

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

这种插铣刀具路径的规划方法主要基于插铣的加工方式，其特点在于铣削时的进给方向沿刀具1的轴向，适用于轴向切深较大的工件2加工，如图1所示。

本发明的一种实施方法如下：

1，根据所切削工件的侧壁11及底面12计算出插铣加工路径：

根据零件的侧壁11及底面12数据点以及加工所需要的余量生成相应的插铣刀具路径，在本例中底面插铣余量为1mm，侧壁余量为0.8mm。计算时将侧壁直纹面及工件底面偏置相交，即可求出基本插铣刀具路径，如图2 所示。

2，根据所得到的插铣加工路径，计算缓降加工刀具路径：

根据零件或毛坯的侧壁上边线21以及刀具1的直径，如图3所示，计算刀具初始切入工件的坐标点，以该点为基准改变进给值为100mm/min。本例中设定缓降距离为1mm，即刀具进入工件1mm之后，以该材料的正常插铣速度200mm/min进行插铣。

3，根据所得到增加过缓降加工的刀具路径，计算插铣移刀，快速退刀的刀具路径：

如图4所示，根据剩余毛坯面，工件侧壁，以及第一步中计算出的插铣刀路，以远离待加工表面为准则计算出刀具移动的矢量方向，并根据本例设定的退刀距离1mm，计算的刀具移动位置的坐标值。再根据刀具的轴向矢量，计算退刀点的坐标，并改变退刀时的进给速度为机床的最高速度。插铣进入32、插铣移刀33、插铣退刀34的路径如图4所示。

4，根据上步中得到的刀路，计算各步刀路的插铣深度，使得插铣后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅：

如图5所示，根据上一步刀路插铣深度43，优化本步刀路插铣深度42，使得本步刀路的插铣深度42浅于上步刀路插铣深度。

5，生成包含缓降，进刀，移刀，快速退刀的插铣循环并连刀生成刀具路径：

将上述三步计算得到的刀具位置及矢量进行连接，并输出为机床能够识别的代码格式。

Claims (9)

1.一种插铣刀具路径优化方法，其特征在于，每个插铣刀路循环包括缓降加工刀具路径，包含如下步骤：

步骤1）：根据插铣加工刀具路径及毛坯特征，计算并加入缓降加工刀具路径，生成相应的刀位点、以及刀轴矢量。

2.根据权利要求1所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，每个插铣刀路循环包括插铣进刀、插铣移刀、快速退刀的刀具路径，包含如下步骤：

步骤2）：根据刀位点、刀轴矢量、以及零件特征，计算并加入插铣进刀、插铣移刀、快速退刀的刀具路径。

3.根据权利要求2所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤3）：将各个单步的插铣刀路循环连接起来，生成标准的刀位文件。

4.根据权利要求2所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，根据插铣刀具路径及零件特征，计算并优化插铣各步刀路的插铣深度，使得插铣后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。

5.根据权利要求1所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，每个插铣刀路循环所包含的缓降刀具路径，刀具初始切入工件的进给速度比正常加工的进给速度小。

6.根据权利要求2所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，刀具在完成插铣刀路循环中的切削工作后，向远离工件侧壁的方向移动，然后快速退刀，完成插铣循环。

7.根据权利要求2所述的-插铣刀具路径优化方法，其特征在于，按插铣刀路生成的顺序，插铣的后一刀的插铣深度比前一刀的插铣深度浅。

8.根据权利要求2所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，退刀刀路采用高进给速度。

9.根据权利要求2所述的插铣刀具路径优化方法，其特征在于，退刀刀路采用的高进给速度为机床的最高速度。

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