基于偏置点寻优的弧面凸轮侧铣加工刀轨算法

针对弧面凸轮的非等径侧铣加工存在法矢异向误差的问题,为寻求加工误差最小的刀具位置,分析了理论非等径刀轴曲线的性质,根据等距曲面的误差传递关系,结合偏置点寻优算法进行刀位优化,提出了一种以非等径刀轨曲面与拟合直纹面误差最小为目标的双向搜索刀轴优化算法.在此基础上,通过遗传算法得到较高精度的优化数值解,并将解算出的刀轴端点作为初始数据,利用NURBS(非均匀有理B样条)插值反算重构侧铣加工刀轨直纹面.数值计算和仿真结果验证了该算法的有效性.     

直纹面数控侧铣加工算法的研究

针对直纹面叶片的侧铣数控加工,在分析现有加工方法的基础上,提出一种动点滑动寻求最优的刀轴矢量计算方法。通过对三种加工控制方法进行加工误差综合对比与数据分析,得出结果表明所建立的刀轴矢量优化方法正确有效,可明显减小加工中的误差,为进一步提高直纹面叶片加工精度和完善加工工艺奠定了理论基础。     

计算机辅助加工直纹面的新方法

提出了２种加工直纹面的新方法．其中第１种方法通过调整直纹面上母线方向的变化规律，使之成为可展面，以便在加工中获得无脊棱的光滑曲面；第２种方法用偏置柱面或锥面铣刀的轴线来避免干涉，并用最小偏置角的原理来减少脊棱高度．这２种方法都可以利用线性回转面来加工，并获得较高的精度．第１种方法主要适用于直母线单位向量的导数比较贴近于切平面，扭曲较小的直纹面；第２种方法用途更广，但加工面上略有脊棱     

任意曲面叶轮五坐标数控加工刀具轨迹生成

以任意曲面叶轮五坐标数控加工为背景，根据叶轮的几何形状，提出了一种高效的侧铣加工刀具－鼓锥形刀，基于鼓锥形刀的等残留高度刀具轨迹计算方法，使刀具按相邻轨迹的加工所形成的残留高度相等，加工效率提高，解决了等残留高度法生成刀具轨迹中的核心问题，并对刀具轨迹间距的计算提出了改进算法，计算精度提高，对任意曲面叶轮叶片五坐标数控加工刀具轨迹进行了计算，并与球形刀等参数法作了比较，结果证明，采用鼓锥形刀等残留高度法，所生成的刀具轨迹长度是球形刀等参数法刀具轨迹长度的1／3，加工效率是采用球形刀等参数法的3倍。     

分片侧铣加工整体叶轮刀位轨迹的生成

为提高整体叶轮叶片数控加工的效率和质量，提出了一种分片侧铣加工法．该方法在一次走刀成形近似直纹面不能满足精度要求的情况下，将叶片曲面分成多片，在每一片曲面上采用侧铣方法加工，用多个曲面片拼接出所需要的曲面．文中对该方法涉及的关键问题——各曲面片上刀位轨迹的算法，包括刀轴方向的确定、刀位轨迹的规划及加工误差的分析进行了讨论．计算机仿真及加工实例验证了所提出的算法的正确性．     

自由曲面三元叶轮5轴数控粗加工刀位生成算法

针对自由曲面三元叶轮的特点，将鼓锥形刀具引入到三元叶轮粗加工中，提出了基于动态模型的刀位生成算法．该算法引入时间因素，即时计算各时间节点叶轮特征曲面，建立了动态模型模拟加工过程，能真实地反映刀具与叶轮的空间关系，降低了加工病害发生的可能性；采用等距离偏置法生成走刀轨迹，进而计算粗加工刀位信息，并通过干涉检验进行刀位修正．由于鼓锥形刀具与被加工曲面具有良好的曲率匹配性，从而增大了加工带宽，可实现宽行线接触加工．与此同时，通过对进刀深度、偏置距离的合理优化，避免走刀冗余，减少了刀迹总长度，从而提高了加工效率．实例证明由此生成的粗加工刀位具有高效、可靠的特点，效率比同直径球头刀具等距离偏置法提高约27．5％．     

闭式叶轮通道五轴数控粗加工刀具路径规划

针对离心式通风机中闭式叶轮通道的五轴数控粗加工,提出了一种用圆锥面截取叶轮流道的分层加工方法,该圆锥面由叶轮子午面内的直母线绕叶轮轴线回转形成,这种分层方法可以使每一截面的加工区域均由4条曲线围成,保证每一层刀具路径的形状相似.在此基础上,给出了适合流道分层加工的等参数环切和螺旋加工2种刀具路径规划方法.该方法简单、效率高,非常适合于通道类零件的粗加工.     

圆柱直齿轮铣削加工无干涉刀具路径规划

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工, 提出一种无干涉刀具路径规划方法. 首先,建立齿轮包络铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;其次,在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,通过残留高度曲线与刀具圆弧的求交,计算出残留高度点;根据残留高度点到刀具圆弧中心之间的距离等于刀具半径,计算出刀具路径曲线上的下一刀位点;依次递推计算出等残留高度进给下的所有刀位点;再次,以等残留高度刀位点计算结果为基础,残留高度约束下,计算出等弧长进给和等径向进给的刀位点;然后,通过距离法判断刀具与工件是否存在全局干涉,给出刀具不同刀位点对应的刀偏角,局部干涉通过调整刀具半径来避免;最后,通过仿真计算实例验证所提出方法的可行性和有效性.     

自由曲线加工中刀具半径常规偏置方法的误差分析及其改进

对常规刀具半径偏置方法引入的额外加工误差进行了研究，推导了凸、凹自由曲线加工时额外误差的数学表达式．提出了一种改进的刀具偏置方法．仿真结果表明，该方法可以较好地解决常规刀具半径偏置方法带来的理论和实际加工误差不一致的情况．     

基于包络面的网格曲面等残留高度路径规划

研究面向三角网格曲面数控加工的刀具路径设计，提出了一种基于刀具包络面的等残留高度刀具路径生成算法.该算法首先建立刀具运动刃口回转面的包络面方程，然后通过相邻轨迹刀具包络面求交得到残留曲线，并利用全局搜索和局部搜索两个步骤精确地计算残留高度值，据此判断当前刀位点是否满足等残留条件，若不满足则沿行距方向搜索等残留刀位点，最后进行加工干涉检查和处理.算例分析的结果表明，由本文的算法生成的刀具路径残留高度均匀，刀轨长度较短，无加工干涉，在保证加工精度的前提下，能够有效地提高加工效率.     

基于在机测量的复杂曲面侧铣加工误差补偿研究

叶片类薄壁零件的加工误差测量与补偿,一直以来都是其精密加工的关键和难点。为了提高复杂曲面零件的加工效率与加工精度,采用基于在机测量的复杂曲面侧铣加工误差补偿方法。在复杂曲面零件侧铣加工后,测量并分析实际测点与设计曲面采样点间的误差。通过调整加工刀位实现复杂曲面侧铣加工的误差补偿。以一个叶片的侧铣加工与误差测量为实例,经侧铣加工、在线检测、误差分析、侧铣加工刀位调整、再加工测量等环节,通过实例零件的加工误差在机检测与调整刀位后的误差实验结果的比较,实例零件的加工精度有较大提高,验证了上述方法的有效性。     

复杂螺旋曲面铣削加工的几何特性分析

针对现有加工方法受加工曲面复杂性影响的局限性 ,通过引进刀具的侧倾角参数 ,讨论了一般位置下的成型盘铣刀加工螺旋曲面的铣削加工法 ,分析了刀具与工件作共轭运动时的接触点轨迹的几何特性 ,并给出了一般位置下的成型盘铣刀加工的计算公式和成型刀加工中产生干涉的一个判别方法。从而扩大了成型盘铣刀加工螺旋曲面的种类 ,避免刀具与工件的干涉现象 ,克服了现有成型刀加工方法的局限性 ;同时为五坐标数控加工螺旋曲面提供了合理的接触点轨迹 ,提高螺旋曲面加工的精度。并通过实例说明了这一方法的合理性和有效性。     

复杂曲面五坐标数控加工干涉检查及刀位修正

复杂曲面五坐标ＮＣ加工编程的干涉检查和刀位修正是一个十分困难而又必须解决的问题。研究了一种行之有效的干涉检查方法。该方法首先对被加工的复杂曲面及运动到任意位置的刀身离散分割,用两组三角平面片集合代替被加工曲面和刀具;然后通过判断两组三角片是否相交以及对相交三角片的几何求交计算,来检验加工曲面是否和刀具发生干涉;并针对不同的干涉情况,给出相应的刀位修正方法。实际应用表明该方法是行之有效的。     

直线刃钻头后刀面可加工性研究(英文)

针对钻头的后刀面在标准和手册中均没有给出明确的定义,在实际生产中使用了各种不同的刃磨方法,试图从数学上利用可展直纹面的高斯曲率特性,研究采用圆锥面、圆柱面和平面砂轮刃磨直线刃圆锥后刀面和螺旋面后刀面钻头的可加工性。证明了直线刃圆锥面后刀面的可取性,并对直线刃螺旋面后刀面钻头几何的数学描述以及刃磨所存在的问题作了详细的分析。     

新型球头立铣刀刃磨加工研究(Ⅱ)——后刀面数学模型及其加工实现

在已建立的球头立铣刀前刀面加工数学模型的基础上,根据微分几何理论建立了后刀面的加工数学模型,分析了加工中前刀面与后刀面的坐标系的空间运动关系,并讨论了后刀面的加工实现问题。结果表明,采用多轴联动的工具磨床,可以实现球头立铣刀后刀面的磨削加工。     

三元整体叶轮曲面造型及其计算机辅助制造技术

针对一种三元整体叶轮,采用B样条方法对叶片中性面上顶部和根部的两组数据点进行了插值曲线的反算,进而构造出直纹面形式的叶片中性面和叶片曲面;研究了在五坐标机床上采用球头棒铣刀侧铣加工叶轮时的刀位计算方法,给出了在UG(unigraphics)环境下的叶轮曲面建模方法及其数控加工仿真步骤．研究表明将理论分析与几何仿真相结合,可以暴露问题。显著缩短研究时间,是复杂曲面设计与数控加工刀位验证的有效途径。     

复杂螺旋面包络铣刀位轨迹仿真方法

针对复杂螺旋曲面加工误差问题,开展了对其空间包络铣刀位轨迹算法的研究。研究中采用计算机仿真的数 值计算方法,将加工过程中刀具工件的动态啮合关系通过时间离散和空间离散转换成一个空间几何问题,通过建立 刀具回转面与工件螺旋面的空间三维模型,并推导实现刀具工件啮合关系的坐标转换矩阵,并将刀具与工件两曲面 的最小有向距离的求解转变为一个二维问题,最终建立了刀位轨迹仿真算法,获得了编制数控代码的参数信息。试样 加工结果表明,利用该方法得到刀位轨迹参数进而编制的数控加工程序,能够加工出满足精度要求的螺旋面。同时也 分析了加工廓形误差分布及其影响因素。