一种简单变截面零件的三轴数控粗加工方法与流程

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种简单变截面零件的三轴数控粗加工方法。

背景技术：

传统的两轴数控车床只适应于回转体零件的加工，加工的零件截面只能是圆形的单一形状。若需要加工非圆的截面形状零件只能借助其他数控机床，使得零件加工的工序变得复杂，降低加工效率且不能保证加工质量。配有C轴的三轴数控车床使非圆的等截面形状零件在车床上得以加工完成。零件加工时，使用动力刀架，将C轴的分度功能配合X轴、Z轴的联动便可完成零件的加工。

非圆截面形状的零件分为等截面零件和变截面零件。其中，等截面零件是指具有相似截面形状而截面轮廓为任意曲线的零件；反之，截面形状不满足相似性质的零件称之为变截面零件。

目前针对等截面零件的三轴数控加工是利用三轴数控车的C轴功能，按照加工精度与切削要求，对于等截面零件去除大部分余量，实现零件的粗加工。其主要思想是对零件的相似截面曲线进行等距划分。但是针对变截面零件的三轴数控加工还未见相关报道。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种用于简单变截面零件的三轴数控粗加工方法，可用于由多段简单形状组成的外表面平滑过渡的轴形变截面零件三轴数控粗加工。

本发明提及的简单形状是指规则形状中的凸多边形、圆形或椭圆形等，且零件轴线通过上述形状内部。

取零件外形的最小包络圆柱体的中心线为零件轴线；称轴线与零件各截面的交点为该截面的离散中心点O。本发明提供的用于简单变截面零件的三轴数控粗加工方法，包括如下步骤：

第一步，对零件的轮廓沿外法线方向作等距处理，等距距离为粗加工余量offset与刀具半径r之和；

第二步，一级离散：对等距轮廓沿轴向进行离散化，通过等距面分割法将等距轮廓分成一系列离散的横截面曲线，离散程度根据加工精度确定；

第三步，二级离散：生成加工截面轮廓离散点。

一级离散的处理使得整个等距轮廓的组成元素只有曲线，也就是一条条的截面曲线。对每条截面曲线作如下处理：过该截面上的离散中心点O作等角度的射线簇，该射线簇中的每条射线与该截面曲线有一个交点，角度大小可根据要求的粗加工精度适当调整；所有截面曲线处理结束后表示二级离散化完成；至此，等距轮廓的组成元素只有一系列的离散点。

第四步，生成各层的离散点：根据用户给定的层高值h，对零件轮廓作距离为offset+r+h的等距处理，每层的等距距离增量为h，并重复第二步～第三步的步骤，直到等距轮廓截面上的离散点到离散中心的最小值大于等于毛坯半径；

第五步，生成环切加工轨迹。

根据安全高度，确定刀具的进刀点，并根据切削时每层的回退高度确定刀具的退刀点。按照加工方向，遍历截面的离散点，将该截面相邻离散点用直线连接，则截面上相邻离散点的直线即为加工该截面的刀具轨迹，遍历所有的截面便可以得到加工该层时每个截面的刀具轨迹。其余各层作相同处理。

这样便得到了变截面零件的粗加工环切刀具轨迹。

本发明的优点或者有益效果在于：

本发明可以根据加工精度要求灵活调节加工轨迹，有效解决了变截面零件的数控车加工问题。

附图说明

图1为本发明中进行离散过程示意图。

图2为本发明提供的用于简单变截面零件的三轴数控粗加工方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供一种用于简单变截面零件的三轴数控粗加工方法，如图2所示流程，具体包括如下步骤：

第一步，初始化。

给定初始等距距离dis＝offset+r，其中offset为粗加工余量，r为刀具半径；

取零件外形的最小包络圆柱体的中心线为零件轴线；称轴线与零件各截面的交点为该截面的离散中心点O。

第二步，零件轮廓等距处理。

以dis为等距距离对零件的轮廓沿外法线方向作等距处理；

设零件轮廓的参数方程为(u,v为参数，x，y，z均为关于u,v的函数)，曲线在(x,y,z)处的单位法向量为则等距轮廓的参数方程：

其中

第三步，一级离散；

采用等距面分割法对等距轮廓沿轴向进行离散化，即将等距轮廓分成一系列离散的横截面曲线，具体如下：

首先在零件长度范围内，对零件等距轮廓包络圆柱体的中心线进行间距为d的分割，得到一系列间距为d的离散中心点O；分别过各离散中心点O作与中心线垂直的平面，每个平面与零件等距轮廓均有一条唯一的交线，所有的交线构成了一系列离散的横截面曲线；其中，离散间距d根据加工精度确定，设离散出的截面曲线数为n；

第四步，二级离散；

生成加工截面轮廓离散点。第二步中的一级离散处理使得整个等距轮廓的组成元素只有曲线，也就是一条条的截面曲线。对每条截面曲线S_j作如下处理：过该截面的离散中心点O作等角度β的射线簇，该射线簇中的每条射线与该截面曲线有一个交点，如图1中的P_i，设总的交点数为num＝2π/β，离散角度β大小由具体要求的粗加工精度决定；所有截面曲线处理结束后表示二级离散化完成；至此，等距轮廓的组成元素只有一系列的离散点。

第五步，离散结束条件判断；

遍历各个截面，计算截面曲线S_j上的离散点P_i到中心点O的距离Dis_ij，取其最小值min：

如果min≥r_Stock(r_Stock为毛坯半径)，离散过程结束，转入第六步；

否则根据用户给定的层高值h，对零件轮廓作等距处理，令等距距离dis＝dis+h，继续进行第三步～第四步。

第六步，生成环切加工轨迹。

根据安全高度，确定刀具的进刀点，并根据切削时每层的回退高度确定刀具的退刀点。按照加工方向，遍历截面的离散点，将该截面相邻离散点用直线连接，则截面上相邻离散点的直线即为加工该截面的刀具轨迹，遍历所有的截面便可以得到加工该层时每个截面的刀具轨迹。其余各层作相同处理。