曲面加工刀具轨迹的仿真技术研究

本文针对数控铣削加工中刀具的走刀轨迹进行研究,对毛坯体建模时,采用的是三角面片离散法,实现了3轴数控铣床实体切削加工时离散矢量与刀具扫描体的几何求交算法,建立了铣削运动模型,通过不断更新毛坯数据信息来模拟刀具的切削过程,从而生成加工轨迹和走刀路径。以Visual C＋＋6．0为编程环境,用OpenGL作为图形开发工具,动态仿真刀具加工曲面的加工轨迹和走刀路径。     

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。     

基于压缩体素模型的环形刀空间扫描体构造新方法及其应用

提出了一种基于压缩体素模型的环形刀空间扫描体构造新方法。将环形刀分解为相应圆环体和圆柱体两部分,通过一系列运算生成环形刀空间扫描体压缩体素模型;采用三个方向的Dexel模型表示体素模型而使得计算数据量得到了很大压缩,提高了布尔操作速度;通过Marching-Cubes方法提取数控加工仿真工件表面模型并进行图形显示,提高了显示质量和显示速度。仿真结果三维信息完备,数控编程人员可从任意方向观察、验证仿真结果。     

刀具扫描体与曲面法矢求交新算法

提出一种实现刀具扫描体与曲面矢量求交的有效算法．将扫描体与复杂曲面法矢的求交问题,转化为三角网格与有向线段之间的求交计算．建立此两者求交计算的求交子集．减少以往算法中不必要的求交计算．提高算法的效率．文中同时给出．基于该算法的整体叶轮叶片复杂曲面加工的应用实例．     

基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真验证

提出了基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真、验证新方法.该方法首先构造整体涡轮叶盘仿真工件、成型电极压缩Voxel模型,再根据数控加工轨迹构造成型电极扫描体,最后在三维虚拟空间完成加工过程仿真.利用Marching Cubes方法提取仿真工件表面三角网格,增强了仿真工件显示质量和速度.通过仿真工件压缩Voxel模型与标准CAD模型的三维对比实现了仿真结果分析验证.该方法在某航天火箭发动机整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真与验证中得到了应用,效果良好.     

雕塑曲面数控粗加工刀位规划

提出了一种新的直接从测量数据中生成粗加工刀位轨迹的方法，被加工曲面用多面体模型来描述，采用分层切削方法进行加工．在各切削层分别用一个参考平面与毛坯和曲面模型求交，根据各相交环之间的位置关系，求出有效加工区域，利用数控编程自动生成粗加工刀具轨迹，并进行干涉检查和修正．计算实例表明，该算法稳定、效率高，尤其适用于加工带多重岛屿的复杂曲面．     

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于Maching Cubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8-9倍,在实际应用中取得了良好的效果。     

五坐标数控铣削加工刀具扫描体的求解

建立了一种通用的刀具模型.在通用刀具模型的基础上,提出了一种求解五坐标数控铣削加工刀具扫描体的新方法.首先利用包络理论计算刀具扫描包络面在每个刀位点处的特征线方程,然后沿着特征线进行离散化获得一系列数据点,再用这些数据点构建B样条曲线组,此时特征线组和B样条曲线组所围成的空间网格即为最终的刀具扫描体.最后通过实例验证了本文所涉及到的刀具扫描体求解的正确性.     

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.     

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.     

滚齿切削厚度仿真计算

为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形切屑,然后通过瞬时刀齿前刀面与切屑几何实体进行求交运算,得到包含切削范围信息的由样条曲线所构造成的CWE(cutter/workpiece engagement),进而在其上进行切削厚度的提取.该方法的实现为动态滚切力的精确预测奠定了基础.     

弧齿锥齿轮硬齿面刮削过程的几何仿真

根据斜角直线齿形造形方法设计出的弧齿锥齿轮刮削刀盘产形面已不再是一个圆锥面,而是一个双曲面。这个变化对软齿面加工后的接触区产生影响,为了搞清这个影响,根据齿轮局部共轭原理进行了弧齿锥齿轮刮削和啮合的仿真分析。仿真结果表明,刀盘进行刮削后,接触区的走向稍有变化;不同的机床调整参数对接触区影响程度不同;刮削带来的接触区的变化是可以修正的。对刮削时机床调整参数的几何仿真与修正可以达到减少实际加工时的试切次数,提高刮削质量的目的。     

后掠翼结冰数值模拟及实验研究

为研究带后掠角机翼的结冰数值模拟方法,通过建立三维结冰初始水膜模型以及结冰增长模型,对带后掠角的机翼进行结冰数值仿真。为验证模型的准确性,使用FENSAP-ICE软件进行同工况数值仿真,并且设计加工了30°后掠角的NACA0012翼型进行结冰风洞实验。结果表明：本模型能够对后掠翼的明冰工况进行仿真,仿真冰型与FENSAP-ICE冰型轮廓大致相同;本文计算的冰型与实验结果吻合较好,在冰角处的形状有差异但冰生长的总体趋势和大致结冰量与实验一致,沿展向不同截面冰型增长趋势也与实验大致一致。可见本文的后掠翼结冰数值模拟方法能够进行后掠翼结冰外形的计算。     

基于AutoCAD环境下渐开线齿轮建模方法研究

介绍AutoLISP语言对AutoCAD二次开发技术,实现应用范成法加工齿轮的模拟仿真。文中主要阐述齿条插刀和齿轮毛坯的三维建模方法和模拟加工过程的实现。仿真结果证明：生成的齿轮三维模型与实际齿轮完全一致。     

非轴对称弯掠静叶对畸变流场影响的数值研究

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、反弯、前掠、后掠静叶,构成不同非轴对称静叶造型方案,探究其对静叶流场的改善.结果表明:最佳反弯方案Nbow-0.5-10可使流场损失减小2.75%;前掠对于根部损失可起到较好的抑制作用;后掠对根部损失改善效果略逊于前掠,但有利于减小主流区的损失.     

基于全Z－Buffer的五轴铣削图形仿真

给出了实现五轴铣削图形仿真的全Ｚ－Ｂｕｆｆｅｒ方法，特别地，利用直线段、半圆弧和轮廓线的直扫曲面，对五轴轨迹分类给出了构造运动扫体表面的方法．     

扫描体几何造型的研究与实现

对运动实体的扫描体的几何造型技术进行了研究，提出了通过计算运动实体的一族临界曲线来构造扫描体的有效方法，从而避免了处理大量体素的复杂的几何计算。该方法已在HP9000图形工作站上采用FORTRAN语言编程成功地实现，并构造了一个实体扫描造型器──SSM系统。     

基于刚体动力学-离散元耦合数值方法的复合地层盾构滚刀响应

随着盾构机制造技术的不断进步,隧道工程中使用盾构机的情况愈加普遍。滚刀作为一种优异的掘进刀具,在复合地层盾构机中普遍应用。滚刀在使用过程中处于动态滚动状态,离散多元化的岩土体将导致滚刀的动态状态呈现异常状态,从而导致滚刀和岩土体接触面间存在较大的相对滑动速率。在以往的离散元滚刀模拟中,研究者将滚刀设定为固定转速而未实现滚刀的动态滚动过程。本文使用刚体动力学（RBD）-离散元（DEM）耦合的数值模拟方法,实现了在数值模拟中的滚刀动态被动转动,进一步贴近工程实际。本文以强风化岩为破岩对象,模拟分析了不同贯入度、不同运动速度下的滚刀的动态运动过程。基于本文的初步研究分析发现：滚刀存在最优贯入度区间,低于该区间时滚刀不能进入动态转动状态,大于该区间时改善效果不明显且增大滚刀受力;滚刀启动时受到的扭矩先随滚刀运动而升高,到达某一峰值点附近后开始下降,随后在零值附近波动;滚刀启动峰值扭矩和运动速度正相关;滚刀达到峰值扭矩的时间和运动速度负相关。本文的研究手段可为相关研究者提供参考,本文的研究结果可为盾构刀盘刀具设计及盾构机的操作提供参考。