回转型自由曲面4轴加工算法研究及应用

该文对回转型自由曲面的几何造型的进行了研究，分别提出了两端横截面曲线之间插值和用扫掠生成回转型自由曲面的方法，根据４轴数控加工的特点，对刀位点，刀轴矢量，步距和行距的计算以及后置处理进行了分析，给出行之有效的算法。同时解决了曲面法矢垂直于回转平面时刀轴矢量难以确定的关键问题，加工实例表明，所开地的系统稳定，可靠，具有重要的实用价值。     

多轴机床加工自由曲面的干涉避免与刀轴优化

针对平底刀加工复杂自由曲面，从刀具与曲面的干涉特征分析入手，提出了“无刀底干涉→无曲率、刀杆干涉”的刀具干涉避免策略，并阐述了相应的刀轴矢量调整方法．实例分析表明，算法的应用不仅能快速、有效地解决平底刀加工自由曲面的干涉问题，而且也能促进自由曲面加工效率的进一步提高．     

基于刀具姿态控制的刀轴矢量规划算法

目的 研究在五轴铣削加工中,刀轴矢量规划对曲面加工效率的影响,通过合理的规划刀轴矢量,解决铣削加工过程中加工效率低的问题。方法 基于刀具姿态控制的研究方法,分析刀具姿态角对加工带宽的影响;根据被加工曲面的曲率变化,动态的调整生成刀具姿态角,完成对刀轴矢量的合理规划。结果 笔者所提方法能够在避免局部干涉的情况下,获得最佳的刀具姿态角,可以有效地减少刀具轨迹长度,加工效率提高了20.02%。结论 在刀轴矢量规划过程中,合理地控制刀具姿态角,能够有效地减少刀具轨迹,提高加工效率,改善加工质量。     

五轴加工中奇异问题分析及优化方法

五轴加工中旋转轴的运动会造成加工奇异问题,影响零件表面加工质量.以摆头/转台回转型五轴机床为例,通过分析相邻刀轴矢量间运动与实际加工中刀具运动路线的非线性误差,得出旋转变化率为影响五轴加工奇异问题的主要因素.笔者基于旋转变化率提出一种奇异问题优化方法:通过控制旋转变化率对刀轴矢量进行调整,从而有效避免五轴加工中的奇异问...     

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。     

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%。     

五轴数控加工非线性误差建模与控制

针对五轴加工旋转轴旋转运动引起的非线性误差,建立了三维空间复杂曲面工件的非线性误差模型,提出了基于平滑刀轴矢量插入补偿点的方法来控制非线性误差,从而保持旋转轴速度和加速度的连续性。仿真实验验证了风扇叶片加工非线性误差的有效控制。     

基于双PH曲线五轴线性刀具路径光顺轨迹生成及其参数同步方法

针对五轴线性路径加工轨迹在拐角处切向向量不连续导致加工效率低和运动不平稳等问题,文章提出一种基于双五次PH(Pythagorean-hodograph)曲线的五轴线性路径局部拐角光顺方法,其中一条PH曲线对刀尖点线性路径进行光顺,另一条PH曲线在单位球面上对刀轴矢量线性路径进行光顺;刀尖点和刀轴矢量近似误差通过一种几何方法解析约束,可实现五轴光顺轨迹近似误差可控;通过推导过渡曲线和原始线性轨迹在衔接点处刀轴矢量几何导数连续条件,使得光顺后刀具路径能达到G²连续,并实现刀尖点和刀轴矢量PH曲线参数同步。仿真结果表明,该文提出的五轴线性路径局部拐角光顺方法可实现刀尖和刀轴矢量的近似误差严格控制,且刀尖和刀轴矢量通过拐角时连续变化;该方法提高了五轴局部拐角光顺计算效率,有利于集成到数控系统中并实现五轴线性路径加工轨迹在线光顺。     

叶轮曲面5轴高速铣加工刀轨生成算法

为适应高速切削,提出了一种新的侧刃铣削5轴加工刀轨生成算法和全局刀轨碰撞检查算法.算法的前者采用5次NURBS直纹面拟合原加工刀轨面,生成了全程C2连续的刀位曲线和空间平滑变化的刀轴矢量;后者通过设置刀轴矢量变化的阈值并采用集合碰撞体,实现了刀位的跳点检查和集合运算检查.应用于Superman CAMⅡ原型系统中,经测试,刀轨生成算法的运行速度已接近于UG,用于精加工叶轮,叶片的表面质量可达到Ra 0.8μm;刀具碰撞检查算法不仅可实现集合体之间碰撞的快速检查,而且可精确地检查出碰撞干涉量.     

非球头刀数控加工无干涉刀位的计算方法

针对非球头刀五轴数控加工复杂曲面的干涉问题。提出了一种无干涉刀位自动生成算法，主要涉及干涉检测和干涉避免两个方面．该方法基于曲线到曲面最短距离算法进行干涉检测，计算刀轴和邻近曲面的最短距离，求取最大干涉量；根据最大干涉量进行刀位调整得到无干涉刀位．该方法的有效性已通过叶轮的加工得以证实．     

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     

实轴空间综合约束下的数控加工速度前瞻策略

为了避免数控高速加工中由高曲率区域引起的机床驱动轴的运动突变、机床振动和工件过切,提出了基于实轴空间综合约束的数控加工速度前瞻控制策略.该方法应用切削运动的S形曲线速度规划方案,对机床实轴运动数据进行速度、加速度、冲击约束检测,整体提前寻优确定S形速度前瞻的过程参数,并提出了速度规划节点分离法对切削路径进行分段独立S形曲线速度的规划.仿真和试验表明,采用该方法进行速度前瞻处理时,可使加工速度平滑连续,不仅消除了各驱动轴运动突变引起的冲击振动,而且有效地解决了五轴数控加工中的速度控制问题,因此降低了曲面轮廓误差,满足了高速高精度的加工要求.     

任意扭曲直纹面叶轮数控侧铣刀位计算与误差分析

提出了一种计算数控侧铣任意扭曲直纹面叶轮刀位数据的新方法：沿直纹面母线两端点的法矢量偏置一定距离得到2个点，以这2个偏置点所在的直线作为刀轴方向，并使母线两端点到刀轴的距离为刀具半径，推导出了在利用圆柱铣刀侧铣直纹面时刀具与曲面切触线的方程以及加工误差的计算方法，并以计算实例验证了该算法的正确性．这种加工方法使直纹面2条基线的加工误差为0，适合于沿直纹面叶片高度方向分层加工，分层加工后相邻走刀的残留高度理论值为0．     

曲面加工中避免全局刀具干涉的方法

分析和归纳了现有曲面数控加工中的全局刀具干涉（碰撞）检验算法,提出了一种新的在刀位轨迹生成过程中检测和避免全局刀具干涉的方法,该方法先依据斜立方体凸包法粗检现行的刀具方向与斜立方体凸包之间是否存在干涉,若不存在,则该刀具方向是可行的;若存在,则需通过进一步的详细检测法来判断该空间自由曲面与现行的刀具方向之间是否真正存在全局刀具干涉．该方法能有效地避免全局刀具干涉,提高无干涉刀位轨迹的生成速度．     

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.     

螺旋锥齿轮空间曲面NC加工插补误差分析

基于空间曲面共轭原理，建立螺旋锥齿轮的齿面矢量方程，由空间坐标系的变换，确定出刀具相对工件的位置和姿态，实现刀具与工件的相对运动，在综合考虑齿面形状、刀具形态及机床结构等因素的基础上，分析了五坐标螺旋锥齿轮面NC过程插补误差，建立考虑齿面NC插补误差的螺旋齿轮数控加工方法，计算结果与加工实验结果基本一致。     

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.     

考虑非线性误差补偿的五坐标数控加工走刀步长改进算法

研究了五坐标数控加工中特有的非线性误差,提出一种改进的五坐标数控加工走刀步长算法,在前置处理中即考虑补偿非线性误差。在走刀步长计算过程中,同时考虑弧弦逼近误差与非线性误差,将总的加工误差看作是刀轨参数的函数。该函数求导困难,难于通过给定误差直接计算走刀步长。对弦截法迭代格式进行改进,改进后的方法能够保证正确解在迭代过程中始终位于收敛区间内,并采用改进后的弦截法计算走刀步长。实例计算表明,所提出方法在计算走刀步长过程中能够对非线性误差进行有效的补偿,满足等加工误差要求,同时改进后的弦截法能够收敛到正确解,且收敛速度快,效率高。