轴流式叶轮端铣加工刀具轨迹生成研究

    2.3 从刀触点到刀位数据的计算

    对于五坐标端铣加工来说，其加工过程中某一时刻的刀具姿态由如下一系列坐标变换决定：首先将刀尖点(即环形铣刀刀具坐标系的原点)沿X_c的负方向移动距离r，再以圆环刀刃为旋转中心绕Y_c轴旋转λ角；最后以刀触点C为旋转中心，绕Z_c旋转ω角得到刀具的瞬时加工状态。如图8所示，坐标系X_TY_TZ_T表示刀具坐标系，X_cY_cZ_c表示切触点坐标系。经过这一系列的坐标变换，就可以得到刀具坐标系到刀触点坐标系的变换矩阵，

    式中：T_-x表示向XT的负方向移动距离r；T_-y，T_y分别表示向ZT正方向、负方向移动r_f；R_Y表示绕Y轴旋转的变换矩阵；R_Z表示绕Z轴旋转的变换矩阵。除此之外，还要计算刀触点到加工坐标系的坐标变换矩阵，才能最终生成加工用的刀具轨迹文件。

    图8 VERICUT中进行的叶片精加工仿真

    应用上述算法，生成的叶片精加工刀具轨迹如图9所示。

    图9 叶片精加刀具轨迹

3 仿真和实际加工验证

    应用上述CAD造型和CAM刀具轨迹生成方法，本文开发了轴流式整体叶轮铣削加工专用CAD／CAM软件，该软件可以完成整体式叶轮轮毂的造型、自由曲面叶片的拟合造型、轮毂面和自由曲面的求交、利用端铣法进行自由曲面加工刀具轨迹的生成、刀具路径的动画演示、五坐标刀具轨迹的后置处理等功能。应用本软件，可以直接生成自由曲面整体式叶轮端铣加工的刀具轨迹，图10所示为用本软件生成的叶片精加工刀具轨迹。

    图10 应用本文软件生成的带刀轴欠量的刀具轨迹图

    由于五坐标加工比较复杂，为了防止在实际加工中造成过切和干涉问题，在机床上进行实际加工之前，通常借助计算机软件进行刀具轨迹的仿真验证，检查刀具轨迹和后置处理是否正确。本文采用VERICUT软件验证本CAD／CAM软件生成的刀具轨迹，如图11所示。

    图11 VERlCUT中进行的叶片精加工仿真

    最后，除了利用VERICUT对刀具和被加工材料之间的切削作用和效果进行仿真外，还必须进行实际的切削实验，才能够验证本文的加工算法的可行性。为此，本文在一台旋转轴为A，B轴的五坐标机床上进行了实际切削加工实验，如图12和图13所示。