基于临界约束的四轴数控加工刀轴优化方法

针对自由曲面四轴加工中复杂刀具运动导致的干涉和刀具运动不连续等现象,提出一种基于临界约束的刀轴优化方法。基于刀具与工件约束曲面之间的相对位置关系,利用曲线上的点搜索算法确定切触点处的临界刀轴矢量,并计算当前切触点刀轴摆动的可行域;以切削行内所有切触点的刀轴可行域为基础,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现了自由曲面四轴加工无干涉刀轴矢量的光顺控制。整体叶盘四轴加工试验表明,利用此方法获得的刀轴矢量可以显著改善机床运动的连续性,并避免刀具干涉的产生,提高了加工质量。     

整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成

研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术.根据鼓形刀具的几何特点,设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法,开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块.通过算例,证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的,与球头刀相比,对于同样的残留高度,可以增大加工行距,使刀轨长度变短,可提高整体叶轮数控加工的效率.     

基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率,在广域空间中分析刀具的干涉误差,对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性,定义曲面可能干涉的区域为广域空间,然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中,计算刀具刀刃曲面的干涉误差,从而构建刀具的实际切削轮廓,并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后,通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系,以加工带宽最大化为目标,实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明,在相同的残留高度要求下,广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法,切触点轨迹长度减少了15.74%,说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。     

整体叶轮叶片根部特征刀具轨迹规化研究

针对整体叶轮叶片根部特征加工过程中极易产生过切和欠切的问题,提出了适合光滑过渡曲面区域的叶轮叶片根部特征的精加工的刀具轨迹规划优化方法。该方法首先对叶根曲面进行划分,定义加工曲面类型;然后对加工曲面进行刀具轨迹规划,计算出最佳走刀步长和行距;最后在保证刀具不与被加工表面发生过切和欠切的基础上,使得刀具与被加工曲面在刀触点处平面上每个方向的曲率相匹配,并使生成的刀轨光顺简洁,改善曲面加工精度与加工效率。通过对某叶片根部的仿真实例加工验证了该方法的正确性。该方法在多轴数控加工中具有重要的实用价值。     

鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法

鼓形铣刀使用其大弧度切削刃进行切削加工,不仅可以采用大步距加工而仍保持相同表面加工质量,还可以通过改变刀具与工件曲面的切触点在刀具切削刃的位置使刀具和刀柄远离工件,避免碰撞,因此鼓形铣刀特别适合叶盘类零件的叶片曲面加工。现有的光顺刀轴矢量规划方法多使用最短路径算法在机床旋转轴位置的可行空间中求解光顺的刀轴矢量序列。然而,最短路径算法需要把连续问题转化为离散问题求解,在可行空间中的采样间隔越小,所得刀轴矢量序列的质量越高,但计算时间会很长。因此提出了缩短最短路径算法求解光顺刀轴矢量序列的计算时间的方法,并提出了鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法,该方法同时考虑机床旋转轴和刀具刀尖点运动轨迹的光顺性。试验结果表明,该方法生成的刀具路径能够使机床轴运动平稳。     

鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法

鼓形铣刀使用其大弧度切削刃进行切削加工,不仅可以采用大步距加工而仍保持相同表面加工质量,还可以通过改变刀具与工件曲面的切触点在刀具切削刃的位置使刀具和刀柄远离工件,避免碰撞,因此鼓形铣刀特别适合叶盘类零件的叶片曲面加工。现有的光顺刀轴矢量规划方法多使用最短路径算法在机床旋转轴位置的可行空间中求解光顺的刀轴矢量序列。然而,最短路径算法需要把连续问题转化为离散问题求解,在可行空间中的采样间隔越小,所得刀轴矢量序列的质量越高,但计算时间会很长。因此提出了缩短最短路径算法求解光顺刀轴矢量序列的计算时间的方法,并提出了鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法,该方法同时考虑机床旋转轴和刀具刀尖点运动轨迹的光顺性。试验结果表明,该方法生成的刀具路径能够使机床轴运动平稳。     

整体叶盘球头鼓锥形铣刀五轴加工技术

鼓形铣刀作为一种高效率的复杂曲面加工刀具,属于非标刀具范畴,其几何参数需要根据加工条件专门定制,目前,定制鼓形铣刀几何参数的有效工具的缺乏是限制其推广应用的主要问题。针对整体叶盘五轴数控加工,提出一种球头鼓锥形铣刀定制方法。该方法通过综合考虑防止干涉的侧倾角、清根加工的球头半径、保证效率的切削行距等约束条件,建立了刀具外轮廓数学模型,编写了刀具参数自动生成的程序。三叶片试件加工仿真和实际切削的结果表明,球头鼓锥形铣刀可以在不降低刀具刚度的条件下,满足叶盘试件加工。与球头铣刀加工相比,其加工效率能够成倍提升,叶片表面质量也有显著提高。     

复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法

提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法。该算法在保证刀具不与被加工曲面发生干涉的基础上 ,使得刀具扫描面与被加工曲面在刀触点处切平面上每个方向的曲率相匹配 ,由此规划的等残留高度刀具轨迹能改善曲面加工精度和加工效率     

圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工整体叶轮叶片曲面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种可行的刀轴轨迹生成方法。该方法首先根据两点偏置法给出初始的刀轴面,然后利用圆锥面的几何性质调整优化刀轴位置,"强制"刀具面与叶片曲面每瞬时线接触,建立以刀轴位置为变量的刀具面上多点与叶片曲面相切的超定方程组,并用最小二乘法求解。利用共轭曲面的数字仿真原理,以叶片曲面为基准面,以其上发出的标杆射线为纽带,建立刀具包络面与叶片曲面之间的误差计算模型,并给出加工干涉的判定依据。实例计算表明,刀轴优化后的包络误差显著降低,验证了所提方法的有效性。     

复杂曲面宽行数控加工的刀位和刀具姿态综合整体优化的内蕴几何学方法

阐述了复杂曲面非球面刀具单触点宽行加工中刀位和刀具姿态综合整体优化的通用方法。基于微分几何的曲面活动标架理论,推导了以刀具曲面和设计曲面运动不变量描述非球面刀具宽行数控加工复杂曲面的刀具运动方程;在综合考虑刀位和刀具姿态的影响下,分别以一个走刀过程的加工效率和加工精度最优为目标,建立能确保刀具相对工件运动连续光滑的刀位和刀具姿态优化的泛函极值模型。最后,分别以一个鼓形曲面刀具通过旋转的主切削运动和一个椭圆抛物曲面片刀具通过直线平动的主切削运动数控加工复杂曲面的仿真实例论证了本方法的精确性、有效性和通用性。     

闭式整体叶盘流道粗加工分层区域边界刀路刀轴计算方法

针对闭式整体叶盘流道型腔边界刀路刀轴求解,给出了型腔区域部分定轴的刀轴矢量规划策略,采用角点→边界刀路→中间刀路的求解顺序逐步求解。在确定角点不干涉刀轴之后,采用坐标系球面插值构造边界刀路上的搜索平面(即干涉检查坐标系),得到边界刀路刀轴的不干涉可行域,并从中优化获得最终不干涉光顺刀轴。通过仿真分析及试切试验表明,采用边界刀路刀轴计算方法,刀路光顺,加工过程无刀轴干涉,刀轴变化平稳,实际加工效果良好。     

考虑切削刃真实运动轨迹的鼓形刀铣削研究

在数控加工过程中,为了获得较高的加工精度和较好的表面质量,在实际加工之前评价加工参数的合理性具有重要意义。铣刀加工时,在步进方向产生行间残留,同时由铣刀切削刃的间断分布,在进给方向上还会产生扇形残留。以鼓形刀为例建立加工模型,主要研究鼓形刀切削刃的真实运动轨迹以及每齿进给量、鼓形刀半径和鼓形刀切削刃数对扇形残留高度的影响,使用MATLAB软件进行加工仿真,并分析以上因素与扇形残留高度的关系,为评价鼓形刀加工参数的合理性提供了一定依据。     

微小叶轮精加工轨迹多目标优化方法研究

微小叶轮作为微型发动机的重要组成部分,其加工质量将直接影响到发动机的整体性能。在讨论了加工过程中需要克服一般整体叶轮叶片扭曲严重且为自由曲面、流道狭窄容易撞刀等共同难点外,加上其整体尺寸的缩小将使加工表面质量更加难以保证,从而提出了一种针对微小叶轮的刀具轨迹规划及精加工轨迹优化方法。即首先确定了以效率为主的粗加工轨迹规划和在保证质量基础上的精加工轨迹规划目标,运用仿真软件保证刀具轨迹无撞刀、干涉的情况下,其次对精加工刀具轨迹参数进行了以表面残留高度最小的优化目标,运用双因素方差分析法确定影响表面质量的主要因素为走刀步长,最后通过图表的形式分析走刀步长对叶片和轮毂表面质量的影响规律,从而得到了一套完整的保证微小叶轮加工效率和整体表面质量的加工方法,对实际加工有一定的指导意义。     

无退刀槽人字齿轮精加工刀路的优化

提出了一种高效的人字齿轮加工刀路编制方法,适用于立铣刀侧铣精加工齿面。在数控加工中心上对齿轮齿面进行侧铣精加工时,采用等参数法编制的刀具路径会造成刀具路径的冗余。为了缩短加工的刀具路径,采用等残余高度法,按照精度要求对齿面进行偏置得到一个偏置曲面,选取齿顶圆圆柱面与齿面的交线为初始刀触点轨迹路径,求出刀具体沿该路径运动得到的扫描面与齿面偏置曲面的交线方程,再通过该交线求出另一个与齿面相切的平面,这两者的相切线则为下一条刀触点路径轨迹。通过VERICUT软件进行加工仿真并进行加工实验,证明该方法加工精度能达到设计要求且相较于等参数法加工效率更高。     

叶片等残留高度数控螺旋铣加工刀具轨迹的规划算法

根据叶片的曲面特征,提出了基于等残留高度的叶片五坐标数控螺旋铣加工方法,设计了刀具轨迹生成算法,在UG二次开发环境下编程实现.该方法满足相邻刀轨之间的等残留高度要求,无冗余刀轨.避免了刀轨间的抬刀,可实现连续的切削加工,在满足误差要求的前提下可显著提高加工的效率.     

UG二次开发的整体叶轮刀位轨迹生成

整体叶轮型面的复杂性,导致造型和数控编程都有一定的难度.基于UG和VC+ +开发平台,采用等残留高度法,结合全局干涉和局部干涉刀位的修正原理,编制了无干涉刀位轨迹算法.开发出干涉较严重的微型叶轮类零件的五坐标加工程序.通过实验证明,无干涉刀位轨迹算法是可行的,提高了UG生成整体叶轮刀路的效率,减少了操作,从而提高编程效率,同时可以有效地减少冗余刀具轨迹,提高加工效率和表面质量.     

基于正向杜邦指标线的五坐标侧铣加工

为实现叶轮类零件的多坐标侧铣加工,通过引入正向杜邦指标线,利用鼓锥形刀对自由曲面的五坐标侧铣加工进行研究。针对具有严格凸切削刃的侧铣加工刀具,提出不发生局部干涉的充要条件是切触点处刀具曲面的正向杜邦指标线位于被加工曲面的正向杜邦指标线之内。给出利用鼓锥形刀侧铣加工自由曲面时实施干涉检查的判断准则以及消除干涉的修正方法,推导出具有严格凸切削刃的刀具在给定的残留高度下侧铣加工带宽的计算方法。在此基础上,利用等残留高度法实现鼓锥形刀侧铣加工自由曲面无干涉刀具轨迹的生成。算例表明,在相同残留高度下,鼓锥形刀侧铣较之球头刀加工效率提高37.44%,说明侧铣加工是提高切削效率和加工质量的一种有效途径。     

叶轮数控加工中的干涉检查

针对自由曲面离心叶轮多坐标数控加工中可能出现刀具与叶片干涉的问题,提出了一种干涉检查方法。首先计算出叶片曲面的等距面,等距面的偏移距离为刀具半径,再根据所给定的刀位数据得出刀轴的表达式,然后计算该等距面与刀轴是否有交点,如果有交点则存在干涉,否则计算叶片边界线到刀轴的最小距离,若此距离大于刀具半径则无干涉,否则存在干涉。该方法计算量小,对于叶轮数控加工编程中大量刀位数据的干涉检查,可以显著地节省计算机运算时间。     

带边界约束叶片的螺旋加工轨迹规划

通过采用通道加工原理实现的螺旋加工方法成功解决了叶片螺旋加工中刀具与叶片橼板之间的干涉问题,讨论了确定走刀步长的保证条件,求证出相邻两刀具切触点法矢夹角与刀轴摆角之间的关系。结果表明,采用提出的方法能够有效解决叶根处的干涉问题,为提高叶片的加工效率找到了一种新的解决方案。     

开式整体叶盘四坐标侧铣开槽粗加工轨迹规划

为了提高开式整体叶盘的粗加工稳定性，在粗加工阶段，提出采用将自由曲面蜕变为直纹面的方式简化开式整体叶盘通道开槽加工的难度，实现稳定切削。讨论了直纹面逼近自由曲面的算法，提出了一种新的刀轴矢量计算方法，并基于直纹面给出了开式整体叶片通道四坐标侧铣粗加工数控编程方法，规划出了无干涉的刀位轨迹。实例验证表明，采用该方法可快速有效地实现开式整体叶盘的开槽粗加工，并可提高开式整体叶盘加工中的稳定性。