转角插铣加工的插铣点位构建方法与流程

本发明涉及一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，属于飞机结构件数字化制造技术领域。

背景技术：

在现有的cad/cam系统中，转角插铣加工编程需要人工交互创建所有的插铣点位，但是，由于转角残留区域的多样性，使得人工创建插铣点位非常繁琐复杂，而且，目前，针对转角插铣点位创建也没有固定有效的方法，因此，许多编程人员在转角加工编程中，只能退而求其次，选择加工效率较低的轮廓铣削加工，这样，一方面造成了转角程序的加工效率低下，另一方面，尤其是对于深窄型的转角，表面加工质量较差甚至是难以满足设计要求。为此，亟需提供一种有效的转角插铣加工插铣点位自动构建的方法，以满足插铣加工数控编程的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种转角插铣加工的插铣点位构建方法，该方法是基于转角残留区域，在保证加工刀具极限切宽的前提下，以刀具加工切宽为步距，采用残留退缩的方式进行分层布点，进而实现转角插铣点位的构建。

本发明的技术方案：

转角插铣加工的插铣点位构建方法，步骤如下：

(1)转角残留区域的构建：依据上把加工刀具的相关加工参数，获取上把刀具加工后形成的转角残留区域，该区域就是插铣加工的待加工区域；

(2)初始刀位轨迹线构建：将上把刀具加工的圆弧边界线向其圆心方向偏置一定距离(该距离等于刀具半径减去刀具切宽)，即可获得初始刀位轨迹线，后续以此轨迹线为基准，在残留区域进行分层；

(3)插铣布点域：依据当前加工的加工参数以及转角边界，求得插铣点位的布置区域；

(4)残留退缩式分层：以初始刀位轨迹线为基准，刀具切宽为步距，沿残留逐渐缩小的方向进行分层，这样可以保证每层插铣达到允许的最大切宽，有助于节约插铣刀位点，提升加工效率；

(5)计算有效布点轮廓线：通过边界约束和切宽约束，获取有效布点轮廓线，这样可保证刀位点不浪费，加工不过切；(

6)进刀点计算：依据用户定制的允许残留量，沿残留退缩的方向，逐层在有效布点轮廓线上进行进刀点布置；

(7)退刀点计算：与进刀点对应，在由进刀点指向上把加工刀具圆心的方向，计算相应的退刀点，这样可以避免退刀对已加工表面造成过切等；

(8)插铣点位集计算：每一步插铣加工，都包含进刀和退刀两阶段，进刀阶段包括进刀起始点和进刀终止点，退刀阶段包括退刀起始点和退刀终止点，按照前面计算的进、退刀点位，以转角轴向的最高点和最低点为边界，计算出转角插铣加工的完整点位集。

本发明的有益效果：本发明提出的方法可以实现结构件中转角插铣加工点位的构建，该方法为转角插铣快速数控编程提供关键技术，实现了基于残留域的转角插铣加工数控程序的快速编制，同时，该方法对于其它结构特征的插铣加工编程具有较大的借鉴作用。

附图说明

图1转角残留区域示意图。

图2初始刀位轨迹构建示意图。

图3插铣布点域ec示意图。

图4残留退缩式分层示意图。

图5有效布点轮廓线示意图。

图6进刀点计算示意图。

图7退刀点计算示意图。

具体实施方式

本发明是建立在cad/cam系统平台上，实现转角插铣加工的插铣点位构建的一种方法。下面结合附图对本发明的实施实例进行详细的说明，本实施实例是在以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实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。本发明实施详细步骤如下：

1)转角残留区域构建

(1)将转角切入端轮廓线li向转角圆心方向偏置切入端余量δi，得到上把刀具加工切入边界线lpi，同理，将lo向圆心侧偏置余量δo，得到上把刀具加工切出边界线lpo；

(2)以上把刀具半径rp为半径，对边界线lpi、lpo进行倒圆角，获得圆弧线lpc，切点a为切宽增大起始点，切点b为切宽增大结束点，至此，由边界线li、lc、lo以及lpc包围形成的区域σp即为转角残留区域(图1)。

2)初始刀位轨迹线构建

(1)偏置量δ计算：

δ＝rc－wc；

式中：

rc为当前加工刀具的半径，

wc为当前刀具的切宽。

(2)以上把刀具加工边界线lpc为基准，向上把刀具所形成残留圆角的圆心op一侧偏置δ，即可获得初始刀位轨迹线f1，其中fs为起始点，fe为终止点(图2)。

3)插铣布点域ec构建

(1)偏置量δc计算：

δc＝rc+ac

式中：

rc为当前加工刀具的半径，

ac为当前刀具加工后的余量。

(2)将转角轮廓线li、lc、lo向圆心op所在内侧方向偏置δc，获得基于转角轮廓线的刀位轨迹边界线，包括边界线bi、bc、bo，当rc＞＝rc时(rc为待加工转角半径)，边界线bc不存在。连接aop，与bi相交于bs，连接bop，与bo相交于be，bs为边界线起始点，be为边界线终止点。

由边界线bi、bc、bo、beop和opbs组成的环所包围的区域ec为插铣布点域(图3)。

4)基于残留域进行残留退缩式分层

当初始刀位轨迹线f1与bi、bc、bo均不相交，且fi不包含在插铣布点域ec时，分层结束，加工转角残留需要分层数n＝1；否则，以初始刀位轨迹线f1为基线，沿去除余量的方向(由op指向oc的方向)逐层进行偏置，偏置量为当前刀具切宽wc，每层偏置线fi＝f1+(i-1)×wc。当fi与bi、bc、bo均不相交，且fi不包含在插铣布点域ec时，分层结束，加工转角残留需要分层数n＝i。

5)计算每层有效布点轮廓线

设第i层插铣布点域为ei。当i＝1时，ei＝ec；当i≧2时，ei＝ei-1－vi-1；

设第i层刀位轮廓域为ti。延长线段opbe和opbs，与分层圆弧偏置线fi分别交于fei、fsi，则由fi、opfei、opfsi组成环所包围区域即为ti；

设第i层有效布点域为vi，则有vi＝ei∩ti，提取vi边界环li，由此即可求得，第i层有效布点轮廓线lvi(图5)：

lvi＝li∩{fi，bi，bc，bo}；

6)计算插铣进刀点位集pa

设第i层有效布点轮廓线lvi＝{mi，mc，mf，mo}，其中mi∈bi，mc∈bc，mf∈fi，mo∈bo，针对不同分层，mi，mc，mf，mo可以为空，但不能全部为空。

lvi包含多段线段，需要分段进行布点。

(1)在mf上进行布点：

以mf为基准，向残留退缩方向偏置rc，获得理论加工边界线b。取mf两端点，分别以两端点为圆心，作半径均为rc的圆c1和c2，当c1和c2相交且二者相交所形成的尖点(取距离理论加工边界线b较近的交点，该点为实际加工中真实的残留尖点)与b的距离h≤wcmax(wcmax表示当前刀具的极限切宽)时，完成mf上插铣布点；当c1和c2不相交或者二者相交所形成的尖点与b的距离h＞wcmax时，等距递增1个插铣点位，再次判别相邻两刀所形成残留是否满足h≤wcmax，如果不满足条件，继续等距递增1个插铣点位，直至相邻两刀间残留满足条件h≤wcmax，完成该段区域插铣布点。

(2)在mi，mc，mo上布点：

在mi，mc，mo上布点时，除判别条件有所区别外，其余方法同上。首先对待布点边线向残留退缩方向偏置rc，获得理论加工边界线，然后以待布点边线两端点开始，判别相邻两刀的残留h是否满足条件h≤a(a为用户定制的允许最终残留量)，如果满足条件h≤a，则停止布点，否则，等距增加1个插铣点，并判别相邻两刀残留h是否满足判别条件，直至满足条件h≤a，完成该段区域的插铣布点。

(3)分段完成布点后，形成点位集pi,对pi进行去重复处理,然后以op为参考点，对pi包含点进行逆时针排序，至此完成第i层有效布点轮廓线lvi上的插铣布点，求得点位集pi。

(4)按照上述方法，依次获得每层的点位集p1、p2……pn，由此，可求得进刀点位集pa为:

7)计算插铣退刀点位集pr

设退刀方向向量则有

设pai为进刀点位集pa中第i个点，以pai为基点，按方向偏置距离dret,即可求的当前进刀点pai对应的退刀点pri，据此，求得与进刀点位集pa对应的退刀点位集pr。

8)计算插铣点位集p

设进刀点位集pa中第i个点为pai，将点pai沿着转角轴线方向分别向转角的顶面和底面进行投影，得到进刀阶段的两极限位置点paui、padi；

设退刀点位集pr中第i个点为pri，将点pri沿着转角轴线方向分别向转角的底面和顶面进行投影，得到退刀阶段的两极限位置点prdi、prui；

由此可求得转角残留区域插铣加工的插铣点位集p为：