一种基于实体的切削角度区间高效提取的铣削仿真方法

摘要

一种基于实体的切削角度区间高效提取的铣削仿真方法，以铣削力仿真计算的刀位路径、刀具和毛坯实体输入基于实体造型平台的铣削仿真系统，选定需要进行仿真计算的目标路径，然后进行目标路径的离散，在每一个离散位置通过刀具实体与目标毛坯实体的布尔交生成切除体，在切除体的有效交面上产生切削层交线，并由此得到以切入角和切出角表示的切削角度区间。在目标路径的全部离散位置都完成计算后，沿目标路径创建刀具扫过体，从当前目标毛坯实体上通过布尔差去除刀具扫过体，完成目标毛坯实体的更新。本发明方法将现有方法中在目标路径每个离散位置的三次实体布尔运算简化为一次，可以显著降低计算机硬件资源的消耗，提高仿真系统的运算效率。

主权项

一种基于实体的切削角度区间高效提取的铣削仿真方法，其特征在于步骤如下：(1)将实际铣削时的原始毛坯、刀具尺寸、拟切削路径作为原始参数输入至实体造型平台中，根据刀具尺寸建立刀具旋转包络体的实体造型作为刀具实体造型，将拟切削路径作为目标路径，将刀具实体造型沿目标路径切削之前的原始毛坯作为目标毛坯；所述的目标路径包括以起终点坐标和刀轴方向矢量描述的直线路径，以及以起终点坐标、圆弧所在平面法矢量和圆弧半径描述的圆弧路径；(2)将目标路径离散成一系列连续的前后相继的仿真计算位置；(3)对于每一个仿真计算位置，将刀具实体造型置于该仿真计算位置，进行刀具实体造型与目标毛坯的布尔求交运算，生成该仿真计算位置的切除体；(4)在与每一个仿真计算位置对应的切除体上，通过识别有效交面产生切削层交线，提取出刀具实体造型切入和切出目标毛坯造型的切入角θfsi和切出角θfei：(41)如果刀具实体造型的刀轴方向与切削进给方向的夹角小于或等于90度，若θmei‑θmsi＝2π，则θfsi＝0，θfei＝π；若0≤θmsi＜π且0＜θmei≤π，则θfsi＝θmsi，θfei＝θmei；若‑π≤θmsi＜0且0＜θmei≤π，则θfsi＝0，θfei＝θmei；若‑2π≤θmsi＜‑π且0＜θmei≤π，则θfsi＝0，θfei＝θmei，θ′fsi＝θmsi+2π，θ′fei＝π；若0≤θmsi＜π且π＜θmei≤2π，θfsi＝θmsi，θfei＝π；若‑π≤θmsi＜0且π＜θmei≤2π，θfsi＝0，θfei＝π；若θmsi＞π或者θmei＜0，θfsi＝0，θfei＝0；其中θmei和θmsi为在铣削模型坐标系下的切削层交线起始角和终止角数值，θ′fsi和θ′fei为新增加的切入段的起始角和终止角数值；铣削模型坐标系的原点Om位于刀具的自由端，Zm轴与刀轴平行并指向刀具夹持端，Xm轴指向路径进给方向，当进给方向不与刀轴方向垂直时，Xm轴指向进给方向在垂直于刀轴平面上的投影方向，Ym根据右手定则确定，切角范围以Ym轴正向为基准， 按顺时针方向增加，i表示切削层的交线序数；(42)如果刀具实体造型的刀轴方向与切削进给方向的夹角大于90度而小于180度，则先将θmsi和θmei转换到平行于进给方向的平面内，再应用步骤(41)的方法计算真实切削范围，最后再将真实切削范围转换回垂直于刀轴的平面内；(5)在目标切削路径的全部仿真计算位置都完成计算后，利用实体造型平台的二次开发函数沿目标路径创建刀具扫过体；(6)从目标毛坯上通过布尔差去除刀具扫过体，完成毛坯更新。