一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法
【專利摘要】一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，解決高溫合金復(fù)雜曲面零件加工過程中產(chǎn)生過切和振紋的問題。該方法借助于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、POWERMILL軟件和五軸高速加工中心實(shí)現(xiàn)，首先根據(jù)四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法使節(jié)點(diǎn)的刀具姿態(tài)光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節(jié)點(diǎn)分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數(shù)控加工程序，在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜曲面零件的加工。本發(fā)明方法結(jié)合四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、POWERMILL軟件處理及數(shù)控加工程序優(yōu)化方法，消除了高溫合金復(fù)雜曲面零件加工過程中產(chǎn)生的過切和振紋。
【專利說明】一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、通過POWERMILL軟件處理及數(shù)控加工程序優(yōu)化對(duì)高溫合金復(fù)雜曲面零件進(jìn)行數(shù)控加工的方法。
技術(shù)背景
[0003]高溫合金屬于難加工材料,對(duì)于高溫合金復(fù)雜曲面零件，在加工過程中，在零件曲率半徑發(fā)生變化的節(jié)點(diǎn)處刀具走刀方向發(fā)生很大的轉(zhuǎn)向，最大值可達(dá)180ο，致使刀軸受力方向產(chǎn)生突變，刀軸運(yùn)動(dòng)不連續(xù)，進(jìn)而引起刀軸振動(dòng)，在高溫合金復(fù)雜曲面零件表面產(chǎn)生振紋和過切現(xiàn)象。
[0004]因在加工復(fù)雜曲面零件時(shí)，隨著刀軸矢量方向的改變、數(shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)速度匹配的不完善以及加工曲面處產(chǎn)生的向心力，刀具產(chǎn)生速度減慢或停頓現(xiàn)象，在工件表面變會(huì)產(chǎn)生振紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，基于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、通過POWERMILL軟件處理及數(shù)控加工程序優(yōu)化的方法，解決高溫合金復(fù)雜曲面零件加工過程中產(chǎn)生過切和振紋的問題。在高溫合金復(fù)雜曲面零件加工過程中，在零件表面曲率半徑發(fā)生變化的節(jié)點(diǎn)處，由于刀軸運(yùn)動(dòng)不連續(xù)、刀軸矢量方向發(fā)生變化，導(dǎo)致待加工零件表面產(chǎn)生過切和振紋，本發(fā)明提供一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，該方法基于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、通過POWERMILL 軟件處理及數(shù)控加工程序優(yōu)化的方法，消除高溫合金復(fù)雜曲面零件加工過程中產(chǎn)生的過切和振紋。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，該加工方法包括如下步驟:
[0007]步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面零件的數(shù)模文件，獲取走刀方向發(fā)生轉(zhuǎn)向的節(jié)點(diǎn)的位置曲面，將節(jié)點(diǎn)位置曲面上的離散刀具姿態(tài)點(diǎn)矢量設(shè)定為單位球面上的離散質(zhì)點(diǎn)矢量，根據(jù)四元數(shù)理論，將四元數(shù)空間里的N個(gè)離散的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，使曲線光順，得到節(jié)點(diǎn)位置曲面的四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式；
[0008]步驟二、將四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅(qū)動(dòng)曲面方式，調(diào)整POWERMILL軟件中的公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)值，每設(shè)置一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)數(shù)值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產(chǎn)生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；
[0009]步驟三、在POWERMILL軟件中，在點(diǎn)分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點(diǎn)分離限界”和“限制最大三角形長(zhǎng)度”，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數(shù)控加工程序；[0010]步驟四、將所述的數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無過切產(chǎn)生的刀具半徑補(bǔ)償值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中；
[0011]步驟五、在數(shù)控系統(tǒng)中，設(shè)置曲線節(jié)點(diǎn)處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無振紋產(chǎn)生的切削速度值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中；
[0012]步驟六、在數(shù)控系統(tǒng)中重新生成數(shù)控加工程序，數(shù)控加工系統(tǒng)利用所述重新生成的數(shù)控加工程序，對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行加工。
【具體實(shí)施方式】
[0013]基于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、通過POWERMILL軟件處理及數(shù)控加工程序優(yōu)化對(duì)高溫合金復(fù)雜曲面零件進(jìn)行數(shù)控加工的方法，其具體工作流程為:首先根據(jù)四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法使節(jié)點(diǎn)的刀具姿態(tài)光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節(jié)點(diǎn)分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數(shù)控加工程序，在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜曲面零件的加工。
[0014]本發(fā)明提供的加工方法包括如下步驟:
[0015]步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面零件的數(shù)模文件，獲取走刀方向發(fā)生轉(zhuǎn)向的節(jié)點(diǎn)的位置曲面，將節(jié)點(diǎn)位置曲面上的離散刀具姿態(tài)點(diǎn)矢量設(shè)定為單位球面上的離散質(zhì)點(diǎn)矢量，根據(jù)四元數(shù)理論，將四元數(shù)空間里的N個(gè)離散的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，使曲線光順，得到節(jié)點(diǎn)位置曲面的四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式；
[0016]由于根據(jù)Shoemake的四元數(shù)理論，單位球體上的四個(gè)空間點(diǎn)可以形成四元數(shù)曲線。將節(jié)點(diǎn)位置曲面上的離散刀具姿態(tài)點(diǎn)矢量設(shè)定為單位球面上的離散質(zhì)點(diǎn)矢量，節(jié)點(diǎn)處的刀具姿態(tài)曲線的光順性問題就可以歸解為四元數(shù)空間里的N個(gè)離散的點(diǎn)的曲線擬合問題，保證了插值矢量均勻分布，吃刀量均勻，使擬合曲線光順。
[0017]步驟二、將四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅(qū)動(dòng)曲面方式，調(diào)整POWERMILL軟件中的公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)值，每設(shè)置一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)數(shù)值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產(chǎn)生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；
[0018]POWERMILL軟件為一種數(shù)控加工編程軟件系統(tǒng)，可基于輸入模型快速產(chǎn)生刀具路徑，生成數(shù)控加工程序，主要用于模具加工，提供零件的加工策略。
[0019]步驟三、在POWERMILL軟件中，在點(diǎn)分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點(diǎn)分離限界”和“限制最大三角形長(zhǎng)度”，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數(shù)控加工程序；
[0020]本發(fā)明實(shí)施例中，所使用的五軸高速加工中心為HSM600U的五軸高速加工中心。
[0021]步驟四、將所述的數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無過切產(chǎn)生的刀具半徑補(bǔ)償值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中；
[0022]步驟五、在數(shù)控系統(tǒng)中，設(shè)置曲線節(jié)點(diǎn)處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無振紋產(chǎn)生的切削速度值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中；
[0023]步驟六、在數(shù)控系統(tǒng)中重新生成數(shù)控加工程序，數(shù)控加工系統(tǒng)利用所述重新生成的數(shù)控加工程序，對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行加工。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中，所述步驟一中，所述節(jié)點(diǎn)位置曲面的四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，借助于四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法、POWERMILL軟件和五軸高速加工中心實(shí)現(xiàn)，首先根據(jù)四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順法使節(jié)點(diǎn)的刀具姿態(tài)光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節(jié)點(diǎn)分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數(shù)控加工程序，在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜曲面零件的加工，其特征在于:該加工方法包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面零件的數(shù)模文件，獲取走刀方向發(fā)生轉(zhuǎn)向的節(jié)點(diǎn)的位置曲面，將節(jié)點(diǎn)位置曲面上的離散刀具姿態(tài)點(diǎn)矢量設(shè)定為單位球面上的離散質(zhì)點(diǎn)矢量，根據(jù)四元數(shù)理論，將四元數(shù)空間里的N個(gè)離散的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，使曲線光順，得到節(jié)點(diǎn)位置曲面的四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式； 步驟二、將四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅(qū)動(dòng)曲面方式，調(diào)整POWERMILL軟件中的公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)值，每設(shè)置一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)數(shù)值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產(chǎn)生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存； 步驟三、在POWERMILL軟件中，在點(diǎn)分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點(diǎn)分離限界”和“限制最大三角形長(zhǎng)度”，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數(shù)控加工程序； 步驟四、將所述的數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無過切產(chǎn)生的刀具半徑補(bǔ)償值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中； 步驟五、在數(shù)控系統(tǒng)中，設(shè)置曲線節(jié)點(diǎn)處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)控加工程序進(jìn)行試切校驗(yàn)，將無振紋產(chǎn)生的切削速度值做為設(shè)定值，保存到數(shù)控系統(tǒng)中； 步驟六、在數(shù)控系統(tǒng)中重新生成數(shù)控加工程序，數(shù)控加工系統(tǒng)利用所述重新生成的數(shù)控加工程序，對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，其特征在于:所述的步驟一中，所述節(jié)點(diǎn)位置曲面的四元數(shù)節(jié)點(diǎn)光順表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，其特征在于:所述的步驟二中，設(shè)置公差系數(shù)和網(wǎng)格系數(shù)的數(shù)值時(shí)，所述設(shè)置數(shù)值均在0.05~0.5之間選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，其特征在于:所述步驟四中，所述刀具半徑補(bǔ)償值大于所用刀具的實(shí)際半徑值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工方法，其特征在于:所述步驟五中，所述切削速度大于初始切削速度，初始切削速度為刀具標(biāo)定的切削速度。
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK103499947SQ201310472742
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】劉玉波, 趙燦, 王學(xué)惠, 王旭峰, 馮明軍, 馮準(zhǔn), 徐衍峰 申請(qǐng)人:黑龍江科技大學(xué)