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龙图腾网获悉北京工业大学申请的专利一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116520765B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310479059.2，技术领域涉及：G05B19/19；该发明授权一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法是由赵鹏睿;刘志峰;李志雄;李栋;宫佳俊设计研发完成，并于2023-04-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法，刀轴矢量优化从加工干涉、切削力、旋转轴角位移和角速度等多个因素进行综合考量。首先，提出了基于曲面原理的改进型空间分割刀轴矢量全局干涉检测方法，运用该干涉检测算法判断刀具是否发生加工干涉以及进行无干涉刀轴矢量空间计算；其次，建立了端铣刀刀轴矢量与切削力变化的关系模型，以刀具切削力最优为目标进行刀轴矢量优化；再次，使用Dijkstra算法，提出了一种基于最优路径算法的机床旋转轴角位移和角速度优化模型；采用该优化算法进行复杂曲面加工，刀轴矢量优化后的曲面工件加工质量与刀轴矢量未优化时相比有明显提高。

本发明授权一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法在权利要求书中公布了：1.一种平底端面铣刀刀轴矢量优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 步骤一：无干涉刀轴矢量空间计算； 加工过程中，如果机床滑枕和加工工件的投影发生相切或相交即判定为干涉，具体判断方法为： 设待加工曲面沿工件坐标系轴的投影轮廓为，将划分成个距离为的等距微元，则等距微元的端点表示为；设机床滑枕沿工件坐标系轴的投影轮廓为，将划分成个距离为的等距微元，则等距微元的端点表示为； 定义在投影轮廓上两个相邻的微元端点的坐标为,；,，定义在投影轮廓上两个相邻的微元端点的坐标为,；,，为有向线段矢量； 有向线段和相交，则： 1； 将式1中的x、y轴坐标分别进行计算，得出： 2； 求解方程组，得出： 3； 两有向线段若存在交点，则且； 对投影在工件坐标系下的微元端点坐标进行计算； 步骤二：基于最优切削力的平底端铣刀刀轴矢量优化； 沿轴向方向，把平底端铣刀刀片的切削刃细分割为个微元，在时刻的切削刃微元在径向、切向和轴向三个方向的切削力在切削刃微元坐标系中的瞬时切削力模型表达式为： 4； 4式中，为用于表示当前切削刃是否参与了切削的单位阶跃函数；为径向切削力微元；为切向切削力微元；为轴向切削力微元；径向剪切力系数；切向剪切力系数；分别是径向、切向以及轴向剪切力系数；为径向犁耕力系数；为切向犁耕力系数；为轴向犁耕力系数；为瞬时未变形切屑厚度；为微元高度；为微元刃长； 根据坐标变换原理，得到切削刃上的某个刀刃微元为的、、方向上的切削合力为： 5； 设铣刀刀盘上总共的刀片数量为，每个刀片都细分割为个微元，进行沿轴向的积分，对所有刀盘刀片上的切削力进行求和，得出某个瞬时的切削力为： 6； 最终得三向合成切削力为： 7； 瞬时未变形切屑厚度定义为由未加工零件表面、前一切削刃回转包络面、刀具路径形成的包络面与当前刀刃回转包络面共同形成的不规则多面体结构； 瞬时未变形切屑厚度的计算方法为：当刀刃上某切削点沿向外法向矢量方向延伸并达到前一刀刃的过程中，刀刃某切削点与前一刀刃上的交点之间的距离即为未变形切削厚度；刀刃扫掠轨迹呈圆环状，厚度即为切削深度； 将过点和点的直线的参数方程表示为： 8； 点的坐标表示为，在刀刃坐标系下，将点所在的第个刀片的扫掠圆柱轨迹曲面用来表示，曲面底圆圆心的坐标为，圆柱的轴向方向矢量为，则表示为： 9； 将式5、6进行联立求解，即可得到点在工件坐标系下的坐标，取使获得最小值的点坐标，并由此得到瞬时未变形切屑厚度； 步骤三：基于机床运动学性能的刀轴矢量光顺优化算法； 设定刀触点轨迹上某点的待优化的刀轴末端坐标为，根据机床运动学坐标变换，将前倾角和侧倾角转换为机床轴和轴的角位移和，则优化后的刀轴末端坐标可以表示为： 10； 在得出优化后的刀轴末端坐标后，点到点的旋转轴角位移表示为： 11； 由于点有多种选择，基于旋转轴角位移优化的目标函数可以表示为： 12； 对旋转轴的角速度进行控制； 步骤四：基于多因素的刀轴矢量优化模型建立； 1目标函数； 根据步骤一~步骤三，将切削力和旋转轴角位移定义为目标函数，由此可得曲面铣削优化目标： 13； 在进行优化求解的时候，要使多个目标同时实现最优往往比较难以实现，因此可将式改写为： 12； 式中，、分别为旋转轴角位移和切削力的权重系数； 2约束条件； 在进行目标函数优化的时候，需要将存在全局干涉以及旋转轴角速度超过最大限定值的前倾角和侧倾角组合剔除掉。

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