CN105676784A - 一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法。尤其涉及在数控加工应用中，通过每行加工代码中刀具初始点和终点的坐标数据、每行进给率和虚拟材料去除仿真中工件和刀具扫描体每行布尔减运算得到材料去除量，计算去除率和确定进给率与去除率的关系，并对加工代码中每行进给率实现优化，提高数控加工效率。

Description

一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法

技术领域

本发明涉及数控加工技术，具体涉及一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法。

背景技术

传统的数控加工工艺中进给率的给定仅是参考了刀具材料的力学性能限制，由于缺乏对加工中几何和物理过程的分析，导致给定的加工进给率值相对保守，因此大大降低了加工效率。目前，主要以加工过程中的动态切削力和材料去除率为参考实现进给率的优化。因为求解瞬时动态切削力的约束条件较多，很难小误差的准确给出预测值，以去除率为参考的进给率优化方法则更加简单、有效。此外，加工质量和效率还直接与材料去除率有关。对于半精加工和精加工阶段，保证材料去除率在优化值范围也是必要的工艺策略。而通过虚拟材料去除仿真过程能够给出刀具按每行加工代码切削的材料去除量，依据该值可以进一步确定材料去除率与进给率的关系，计算进给率优化值。

发明内容

针对现有的数控加工代码中加工进给率值较为保守导致的加工效率较低的问题，本发明考虑到在现有的虚拟材料去除仿真应用中直接获取材料去除量值，该值是刀具体按每行代码的加工指令虚拟切削工件后统计的工件被切削掉体积值。该值是对刀具真实切削掉材料量的准确预测，依据该去除量值，计算去除率、去除率与进给率的关系式，最后按照该关系式定量给出进给率优化值。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，包括以下步骤：

通过逐个读取每行加工代码，获得当前行加工代码所设置的刀具初始位置坐标、刀具终点位置坐标和实际进给率；

根据刀具初始位置坐标和刀具终点位置坐标，计算刀具的加工距离预测值；

应用现有的虚拟材料去除仿真得到材料去除量预测值；

计算进给率和材料去除量预测值的比例系数；

通过所述比例系数计算进给率优化值；

以进给率优化值替代当前加工代码所设置的实际进给率。

所述刀具的加工距离预测值为刀具初始位置坐标和刀具终点位置坐标之间的距离：

$L=\sqrt{{(x_e-x_s)}^2+{(y_e-y_s)}^2+{(z_e-z_s)}^2}$

其中，L为刀具的加工距离预测值，刀具初始位置坐标为P_s(x_s,y_s,z_s)、刀具终点位置坐标为P_e(x_e,y_e,z_e)，

所述材料去除量预测值为：刀具切削工件后，工件被切削掉的体积。

所述进给率和材料去除量预测值的比例系数为刀具的加工距离预测值与材料去除量预测值的比值：

$K=\frac{L}{V}$

其中，L为刀具的加工距离预测值，V为材料去除量预测值。

所述进给率优化值为：

F_opt＝Kv_opt

其中，K为进给率和材料去除量预测值的比例系数，v_opt为材料去除率参考值。

所述材料去除率参考值v_opt在加工工艺制定时给出。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.能够确定进给率与材料去除率间的确切关系；

2.不改变原有加工代码的加工轨迹；

3.仅根据去除率参考值和现有材料去除率仿真就能够快速确定进给率优化值；

4.对每行加工代码的进给率分别实现优化，实现加工细节的优化。

附图说明

图1以去除率为参考的进给率优化流程图；

图2加工距离预测值L_i计算过程示意图；

图3材料去除量预测值V_i示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

本发明包括以下步骤(如图1所示)：

读取加工代码每行数据，若已经读完所有数据行，则此加工代码优化过程结束。否则读取第i行数据，根据已读取的第i行之前的数据和第i行数据直接获得刀具初始位置P_s的坐标(x_s,y_s,z_s)、终点位置P_e的坐标(x_e,y_e,z_e)和该行的实际进给率F_i。

计算刀具在这i行加工指令控制下的加工距离预测值L_i。其中，L_i按照下列公式计算：

$L_i=\sqrt{{(x_e-x_s)}^2+{(y_e-y_s)}^2+{(z_e-z_s)}^2}.$

应用现有的虚拟材料去除仿真，直接获得仿真中按第i行加工指令刀具切削工件后，工件被切削掉部分的体积，即材料去除量预测值V_i。

计算第i行的进给率与材料去除率的比例系数K_i。其中，K_i按照下列公式计算：

$K_i=\frac{L_i}{V_i}.$

计算进给率与材料去除率关系式，按下式公式计算：

F_i＝K_iv_i。

当已给定的第i行去除率参考值是v_iopt时，将其带入进给率与材料去除率关系式，得第i行的进给率优化值F_iopt，按下式公式计算：

F_iopt＝K_iv_iopt。

修改第i行实际进给率F_i的值为F_iopt。

行编号i值自加1，准备读取第i+1行代码。

所述的以该去除率为参考优化进给率是指，将v_iopt带入进给率与材料去除率关系式，求出第i行的进给率优化值。

所述的进给率与材料去除率关系式是按以下过程确定：

以数控加工代码为输入，执行虚拟材料去除仿真应用，从该应用中直接获取刀具第i行的材料去除量预测值V_i，如图3所示。

所述第i行的材料去除量预测值V_i是指在虚拟材料去除仿真中按照第i行代码运动而产生的刀具扫描体与工件执行布尔减运算后，工件被切削掉的体积。

从第i行以及第i行之前的代码数据中获取刀具初始位置P_s的坐标(x_s,y_s,z_s)、终点位置P_e的坐标(x_e,y_e,z_e)(如图2所示)和第i行的实际进给率F_i。

计算刀具在这行运动指令控制下的加工距离预测值L_i，如图2所示。

所述L_i为P_s、P_e两点间的距离，计算方法如下式所述。

$L_i=\sqrt{{(x_e-x_s)}^2+{(y_e-y_s)}^2+{(z_e-z_s)}^2}$

设刀具在初始位置P_s的时间为t_s，在终点位置P_e的时间为t_e，计算第i行的加工行走时间为Δt_i和计算第i行的材料去除率预测值v_i。

所述第i行的加工行走时间为Δt_i＝t_e-t_s。

所述第i行的材料去除率预测值v_i是第i行材料去除量预测值V_i与第i行的加工行走时间的比值，如下式所示。

$v_i=\frac{V_i}{\mathrm{\Δ}{t}_i}$

所述的第i行的实际进给率F_i也应该为第i行加工距离预测值L_i与第i行的加工行走时间Δt_i的比值，如下式所示。

$F_i=\frac{L_i}{\mathrm{\Δ}{t}_i}$

考虑到上述两个式子中都包含有Δt_i，整理两个式子，可以得到关于进给率F_i和去除率v_i的关系式，如下式所示。

$F_i=\frac{L_i\·v_i}{V_i}$

对于第i行加工指令来说，因为已经指定了初始位置P_s和终点位置P_e，以及初始旋转轴角度和终点旋转轴角度(对于五轴加工)，无论进给率值为多少，其加工距离预测值L_i都是不变且可求，材料去量预测值V_i也是不变且已知，即对于第i行加工代码来说加工距离预测值L_i与材料去量预测值V_i的比值为常量，设此常量为K_i，表示第i行进给率与材料去除率的比例系数。

所述第i行进给率与材料去除率的比例系数K_i可用下式计算。

$K_i=\frac{L_i}{V_i}$

依据已给出的进给率F_i和去除率v_i的关系式，可得最终的进给率与材料去除率关系为以K_i为比例系数的线性关系，可用下式所示。

F_i＝K_iv_i

所述的进给率优化值是指F_iopt＝K_iv_iopt，其中K_i是第i行进给率与材料去除率的比例系数。

完成第i行进给率优化后，对第i+1行采取以上同样的处理，直到所有行加工指令都被处理完成，并对每行原有进给率修改为计算出的优化值。

Claims (6)

1.一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过逐个读取每行加工代码，获得当前行加工代码所设置的刀具初始位置坐标、刀具终点位置坐标和实际进给率；

根据刀具初始位置坐标和刀具终点位置坐标，计算刀具的加工距离预测值；

应用现有的虚拟材料去除仿真得到材料去除量预测值；

计算进给率和材料去除量预测值的比例系数；

通过所述比例系数计算进给率优化值；

以进给率优化值替代当前加工代码所设置的实际进给率。

2.根据权利要求1所述的一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，所述刀具的加工距离预测值为刀具初始位置坐标和刀具终点位置坐标之间的距离：

其中，L为刀具的加工距离预测值，刀具初始位置坐标为P_s(x_s,y_s,z_s)、刀具终点位置坐标为P_e(x_e,y_e,z_e)。

3.根据权利要求1所述的一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，所述材料去除量预测值为：刀具切削工件后，工件被切削掉的体积。

4.根据权利要求1所述的一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，所述进给率和材料去除量预测值的比例系数为刀具的加工距离预测值与材料去除量预测值的比值：

其中，L为刀具的加工距离预测值，V为材料去除量预测值。

5.根据权利要求1所述的一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，所述进给率优化值为：

F_opt＝Kv_opt

其中，K为进给率和材料去除量预测值的比例系数，v_opt为材料去除率参考值。

6.根据权利要求5所述的一种以材料去除率为参考的数控加工进给率优化方法，其特征在于，所述材料去除率参考值v_opt在加工工艺制定时给出。