基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

杨梦媛，李迎光，许可

南京航空航天大学 机电学院，南京 210016

飞机机体的梁、框、肋、壁板等复杂结构件是现代飞机的关键零件。如图1所示，在结构件内部常设计大量型腔特征，型腔是指具有封闭边界轮廓的平底或者曲底凹槽，其内部可能存在一个或多个岛屿。型腔特征可以在保证构件整体力学性能的同时去除多余材料，实现飞机轻量化[1]。

图1 飞机结构件Fig.1 Aircraft parts

型腔类工件在粗加工过程中常采用层切法[2]，即刀具按照分层铣削的方式将多余的材料从毛坯上去除。在对型腔进行分层铣削过程中，刀具轨迹的质量直接影响加工质量、加工效率以及刀具寿命。

近年来高速加工技术[3]不断发展，在实际生产中也逐渐得到应用。为了在保证加工质量的同时提高加工效率，高速加工中主轴转速和进给速度远高于传统加工。为了适应高速加工的特性，充分发挥高端机床的性能，实现高质量高效率加工，对刀具轨迹提出了新的要求：① 刀具轨迹应尽可能平滑[4]，避免急剧拐角，保持稳定的进给率。基于此要求，传统以减小刀具轨迹总长度为优化目标的优化策略已不适用，总长度虽短但平滑性更差的刀具轨迹往往存在更多的急剧拐角，在拐角处刀具运动方向突变，需要机床的伺服系统先减速改变运动方向，再加速到指定进给速度。平滑性差的刀具轨迹在加工过程中难以保证稳定进给，降低加工效率，因此高速加工中刀具轨迹应当尽可能保证平滑，避免拐角。……