九轴联动叶片双刀铣削刀路平滑算法

针对九轴联动叶片型面双刀对顶铣削方法,为保证加工轨迹的平滑性及双刀具的同步性,提出了一种基于几何约束的刀路平滑算法。首先,分析了九轴联动双刀加工机床中两把刀具的结构约束关系,通过旋转矩阵将切触点处法向矢量转化为表征双刀具姿态的刀轴矢量,并由刀轴矢量计算刀具的前倾角和侧偏角,确定满足双刀铣削要求的前倾角和侧偏角取值范围;然后,由残留高度和弦高误差定义切削宽度和步长对应的参数增量,对叶背、叶盆曲面沿行距方向上相邻切触点间参数增量Δu_(di)、Δu_(bi)和进给方向上相邻切触点间的参数增量Δv_(di)、Δv_(bi)进行等参数化求解;最后,根据叶背和叶盆曲面切削区域的范围设定自定义系数,研究双侧对顶铣削轨迹线的参数匹配算法,形成双刀铣削的刀路平滑算法。对典型汽轮机叶片规划了双刀对铣粗加工轨迹,并进行了加工仿真和实验验证,结果表明,叶片两侧对应加工区域可同时完成加工,且加工表面的轮廓误差满足该工序轮廓误差的公差要求。与考虑切削力抵消规划轨迹的算法相比,该算法的计算效率提高了56%,且在等效切削参数下,加工效率相对单刀提高了约41.5%。     

环形刀3轴铣削小曲率面的刀具切触几何分析

针对球头刀在3轴或3+2轴机床加工小曲率面存在效率低的问题,对使用环形刀加工汽车模具的相关问题进行了研究.为有效分析刀具的铣削性能,提出以刀具单次独立切入工件的有效切削带宽代替加工带宽.基于几何切触关系,分别分析了环形刀与球头刀和曲面刀触点处的切削速度,并提出基于刀具切入工件部分在刀触点切平面内的投影,建立3轴铣削条件下有效切削带宽与刀具、曲面坡度、切深、进给方向等参数间的数学模型,为环形刀在3轴加工中的刀路优化提供依据.小曲率面加工实验表明:与球头刀相比,环形刀可提高加工效率27.27%,并能够抑制毛刺的产生,且具有较好的表面质量.     

多轴联动砂带磨削刀触点路径规划及几何仿真

采用多轴联动计算机数字控制系统的砂带磨削设备能够高效率加工具有复杂型面的零件。针对该类砂带磨削设备,提出了自由曲面上的等参路径规划算法和等间距截面路径规划算法。路径规划算法中的相邻刀触点的计算是根据磨具在进给方向的有效投影位置确定。等间距路径规划算法用最小二乘法来获取较优的截面法向。为了提高路径规划设计效率,减少试验以提高经济效益,开发出基于线性磨削模型的砂带磨削几何仿真程序。汽轮机叶片加工的试验结果表明该算法能够很好地应用于复杂型面的刀具路径规划设计。     

基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法

提出一种基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法,该算法采用R*-tree建立三角网格曲面的动态空间索引结构,基于该结构快速建立三角网格模型的Z向包络面,采用R*-tree建立Z向包络面的索引结构,对切削平面与Z向包络面求交获取截面轮廓环,判断截面轮廓环的环向,并依据轮廓环间的拓扑关系确定切削区域,通过对轮廓环进行等距偏置获取环切粗加工刀轨.实例证明:该算法对各类复杂三角网格曲面均可准确生成无干涉环切粗加工刀轨,并可实现模型的区域性加工.     

STL实体模型数控加工路径规划算法探讨

针对数控加工中STL模型的刀具路径规划一直存在损失模型精度的问题,提出了在STL切片的基础上,对切片数据进行三次分段NURBS曲线插值,通过刀触点计算出刀位点来实现加工路径规划的算法,并且给出了算法的应用实例。实验表明,规划算法是有效和可行的。     

异型石材高效锯切优化策略

针对异型石材铣磨效率低下的问题,利用金刚石圆锯片大切割深度的优势,提出一种异型石材高效锯切粗加工优化策略.首先,用边界表示法描述锯切过程中的工件数据结构;其次,提出以八叉树算法搜索材料去除最大深度,获取相应的特征切削点和特征工件顶点,用于构造锯切平面,以实现工件材料去除量最大化;接着,以锯切加工时间最小为优化目标,分析金刚石圆锯片沿锯切平面走刀产生的截交面多边形特性,结合一刀切透方式,给出一种最短锯切行程的进给方向优化方法;最后,对路障球进行锯切工仿真实验.仿真结果表明:在材料去除量为1.091×10⁷ mm³时,相比传统磨削加工,所提锯切加工策略使去材效率提高了近7倍.     

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.     

聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨自适应测量路径规划

针对聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨加工,提出一种自适应测量路径规划算法.基于数控解释器对宏指令和宏子程序的支持,综合考虑测量过程中复杂情况,通过使用带有逻辑判断及执行控制功能的数控程序来完成对刀具复杂刃口曲线的实际在线测量.算法操作性强,只需要用户为每个待测刀片提供一个测量参考点,而且对参考点位置也没有任何要求.加工仿真和切削实验结果表明,自适应测量路径规划算法能够使加工后的刀片刃口平整,外圆最大径向圆跳度保持在0.01mm内,满足质量和精度要求;同时算法可以有效减少人工操作时间,提高加工精度稳定性.     

叶片截面线特征点的快速提取及其实验研究

针对叶片加工过程中的测量效率问题,从叶片截面线的曲率突变性出发提出一种提取截面线特征点的方法.根据截面线离散点积分曲线的单调性将截面线划分为曲率平滑区域与曲率突变区域,综合离散点曲率与区域性质选取基本特征点.构造B样条曲线逼近原始曲线,直到两曲线之间的Hausdorff距离满足预设阀值,完成特征点提取.计算及实验结果表明,特征点分布疏密程度与截面线曲率变化相关.在阀值为0.05mm的条件下,算法平均压缩率达到98%,平均计算时间为103 s.相比传统方法,该方法能快速收敛到设定误差,对提高叶片测量效率有一定指导意义.     

车灯模具侧花纹无干涉刀具路径规划算法

在分析了车灯模具侧花纹的设计与加工特点后，基于平面与自由曲面求交理论，提出了一种车灯模具侧花纹无干涉刀位路径规划算法．该算法以脱模方向的法平面为参考，求出花纹约束线的投影线段，然后根据加工参数计算出投影线上的离散点．所有离散点处的法平面与组合自由曲面的交线即为刀位轨迹线．最后对刀具路径作了无干涉工艺优化．实例表明，本算法满足由直线和圆弧组成的花纹约束线所定义的车灯模具侧花纹的设计与加工要求．     

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％．     

多点切触加工在复杂凸曲面中的应用

针对目前多点切触加工主要应用于复杂凹曲面这一现状,以汽车顶盖曲面为例,对一般性复杂凸曲面的多点切触加工进行了深入研究.先利用逆向工程技术由散乱点云数据建立了凸曲面的几何模型,然后利用旋转法对不同走刀方向下的刀位误差分布,以及一些关键参数对刀位误差分布的影响规律进行了深入分析,结果指出,在对凸曲面进行多点切触加工时,一般只有使圆环面刀具沿着凸曲面的最大主曲率方向进给,刀具表面和凸曲面之间才有可能达到两点切触,这和凹曲面多点切触加工时的情况是完全相反的.仿真和实际加工表明,将多点切触加工理论应用到复杂凸曲面上,加工效率得到明显提高,约为UG算法的2.3倍.     

基于分层递阶模型的多轴加工过程分析与运动度量规划

针对复杂曲面多轴数控加工过程的复杂性,提出了一种面向多轴加工的分层递阶构造模型,即利用铣削过程的几何、运动学与力学模型综合分析多轴加工规律.切削工件几何模型采用深度元素法,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息,同时运动学模型又为几何与力学模型提供计算依据.采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值内.五轴螺旋桨加工实验表明,在满足加工精度条件下,优化的进给速度使零件加工效率提高约20%.     

任意曲面叶片四坐标数控加工刀位轨迹的生成方法

提出了一种四坐标联动等残留高度端铣加工任意曲面叶片的方法．针对刀轴摆动的四坐标机床，首先建立了后跟角和摆转角之间的函数关系，以满足加工过程中刀轴矢量始终平行于摆刀平面的要求，然后采用平底刀的等残留高度方法进行刀位轨迹规划，并通过调整后跟角使加工带宽最大化，该方法在提高四坐标联动加工效率的同时，也使得将五坐标联动加工刀位轨迹的规划方法移植到四坐标中成为可能。     

基于激光测量点云数据的五坐标加工刀轨生成

针对以往由点云构造曲面或三角网格，再根据曲面或网格生成刀轨的方法复杂、工作量大的问题，研究了直接从激光测量点云数据生成五坐标数控加工刀轨及干涉处理的方法．通过计算点云模型的曲率，确定切削步长和行距，采用基于点云的干涉检查模型，推导出干涉处理的解析式，得到了无干涉加工刀轨．实例表明，算法运行速度快，稳定可靠．     

复杂结构件端铣加工过程仿真及表面误差预测

针对复杂结构件端铣加工变形问题,用理论与实验相结合的方法进行端铣加工过程仿真及误差预测.用实验方法对修正的端铣切削力理论模型进行验证,将理论计算与有限元方法相结合,采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态切削载荷动态施加于工件的有限元模型上,应用热-力耦合分析方法,模拟复杂结构件的端铣加工过程,预测工件被加工表面变形误差.实验及仿真结果验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

圆环面刀具数控加工刀具路径规划

研究了数控加工中圆环面刀具路径规划,建立圆环面刀具数学模型,从刀位点计算、曲面边界离散、相邻刀轨计算等方面确定刀具路径规划算法.最后,利用Matlab工具编程对路径规划算法进行了具体实现,通过计算基于圆环面刀具的刀位点数据,拟合生成刀具轨迹,同时利用UG软件采用球头刀对相同曲面进行加工路径仿真,通过两者比较,可以得出圆环面刀具加工效率更高的结论.     

基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法研究

针对自由曲线曲面高精度数控加工,给出基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法.通过插补优先级设置、误差分析、优化分段和拟合计算等手段研究由直线、圆弧和B样条曲线3种插补方式的合理组合而构成的复合刀具路径算法,以实现在误差允许范围内刀具路径的简化和光顺.实例计算和分析结果表明通过该方法生成复舍刀具路径具有结构精简,光顺程度高,适合于曲面的高速加工.     

基于刀具法向基准的奥利康准双曲面齿轮精确建模与验证

基于奥利康制准双曲面齿轮切齿原理和加工方法,分析了三面刀刀头的结构和安装位置,提出了基于刀具NS(neutral surface)平面法向基准下刀盘数学模型的建立方法。在此基础上,推导了奥利康制准双曲面齿轮的加工机床坐标系,建立了成形法大轮和展成法小轮的齿面数学模型,整理了一套基于三面刀盘奥利康制准双曲面齿轮精确化建模流程。通过齿面模型得到的数学齿面与通过KIMOS软件得到的45点齿面进行对比和实际接触印痕与理论接触印痕对比两种方法进行齿面验证。结果表明:大小轮推导齿面与实际齿面齿线和几何形貌基本一致,小大轮齿面基本重合;小轮凹面最大误差位于小端偏齿顶处,其值为0.007 5 mm,大轮凸面最大为0.002 3 mm;KIMOS计算的理论轮齿接触分析(TCA)、轮齿承载接触分析(LTCA)印痕与有限元计算印痕的位置方向基本一致,验证了齿面的正确性。