浅析自由曲面数控加工中刀具路径规划

复杂曲面广泛应用于航空、汽车、电子等行业,所以加工制造业对于自由曲面数控技术要求越来越高,而刀具路径规划是负责曲面加工过程中关键技术之一.本文在刀具路径规划技术发展基础上,对自由曲面数控加工中刀具路径规划问题进行了分析.     

基于刀具实际廓形的数控加工刀具轨迹计算

刀具轨迹生成是自由曲面零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛深入的内容,在自由曲面的多坐标数控加工中,刀具轨迹的优劣直接影响其加工精度和加工效率。传统的刀具轨迹计算方法是利用实际刀具的理想廓形进行的,提出利用刀具的实际廓形进行复杂曲面加工,是通过检测旋转刀具加工工件时的实际廓形,利用实际廓形对已知曲面进行刀具轨迹计算。这种计算方法能有效的提高加工精度,并可以检测新生产出来的刀具是否符合标准。该方法适用于加工刀具为旋转运动的数控加工轨迹计算。     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

面向数控加工的自由曲面区域分割技术

自由曲面主要是通过数控加工实现,数控加工刀具轨迹规划对自由曲面加工的效率和质量有重要的影响。基于区域的刀具轨迹生成策略是通过识别自由曲面上有意义的特征,将具有相似的加工属性的局部曲面分割成相应的区域,这个过程称为区域分割,再以区域为单位自动生成数控加工刀具轨迹。该加工策略的关键技术是区域分割,针对面向数控加工的自由曲面区域分割技术的进行归纳综述,主要分三个部分:面向数控加工的自由曲面区域的概念和分类、区域分割算法、区域分割技术在自由曲面数控加工中的应用。对以上每个方面中涉及的概念和方法进行简短介绍,就学者们所提出的方法的主要优点和缺点进行讨论。在文章的最后,提出了目前该研究领域仍存在的问题,并对发展方向进行了展望。     

曲面磁力抛光刀具路径规划与驻留时间算法研究

复杂曲面的自动抛光加工方法与效率一直是困扰模具曲面加工的难题,将磁力抛光与数字化测量、控制技术相结合,可以较好地解决曲面抛光加工的效率与自动化问题。参考数控加工理论,对自由曲面加工的刀具轨迹以及轨迹生成算法进行了分析,重点探讨了抛光刀具的驻留时间控制算法。     

自由曲面数控加工路径规划的研究

论述了自由曲面数控加工路径规划对加工效率的影响,讨论了目前刀具轨迹算法的优缺点。针对自由曲面走刀方向数控加工的研究,建立了简化的刀具轨迹时间模型,并对路径规划的系统进行了讨论。     

复杂雕塑曲面数控加工关键技术的研究进展

数控加工是复杂雕塑曲面高质量和高效率的加工方法，生成无干涉、无过切的、高效的刀具路径是复杂雕塑曲面数控加工的关键。这里综述了面向复杂雕塑曲面数控加工的关键技术和高速切削过程中传统CAM系统的不足，最后展望了复杂雕塑曲面数控加工关键技术的发展趋势。     

基于Cimatron E11的汽车转向球头销锻模加工刀具路径优化

对锻压模具型腔NURBS曲面数控加工刀具的路径进行优化。介绍了刀具路径的优化处理过程,运用Pro/E软件对汽车传动件锻压模具曲面进行造型,应用Cimatron E11软件进行数控加工编程。后置处理后生成更合理的加工程序,提高了复杂曲面零件加工的表面质量,为复杂曲面类零件的数控加工提供参考。     

曲面数控加工中刀具轨迹生成探讨

以三坐标数控加工自由曲面为研究对象,对复杂曲面刀具路径生成中的一些问题进行了探讨,对常用的三坐标曲面加工方法进行分析比较,给出了步长、步距的计算公式以及走刀方式、进/退刀方式的选择原则.     

复杂曲面加工干涉避免及轨迹的规划

对复杂曲面进行分析,通过调节后跟角和摆动角来避免刀具与被加工曲面发生干涉,并提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法,以改善曲面加工精度和加工效率。     

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。     

自由曲面数控加工刀具的研究

对自由曲面数控加工中的刀具进行了较深入的研究。从刀具有效半径和切削速度的角度,对平头立铣刀在五坐标自由曲面加工中的加工效率与切削性能进行了分析。提出了球头刀和平头刀的刀位计算方法,并对叶片曲面的刀具轨迹进行了仿真模拟。     

基于MasterCAM自由曲面加工刀具路径优化

为提高自由曲面数控加工的切削效率和加工精度,对自由曲面三坐标数控加工刀具路径工艺特点进行研究。分析了在MasterCAM软件内可采用的几种刀具路径规划方法及其实现的约束条件。研究了该软件内由参数线法、路径截面法和等残留高度法等三种算法生成各种刀具路径的优缺点,并根据三种算法所生成刀具路径的特点优化加工各种曲面的刀具路径。通过实例对三种算法所生成的刀具路径进行应用比较,结果表明,根据曲面形状特点合理选用及规划刀具路径,可提高刀具路径对曲面形状变化的适应性,减少残留高度,从而提高切削效率和加工质量。     

基于反求工程的复杂曲面数控加工关键技术的研究

通过对复杂曲面的反求工程关键技术的研究,分析了复杂曲面数控加工工艺参数的确定,阐述了如何在MasterCAM环境下选定切削参数和刀具参数并生成粗精加工的刀具路径,对复杂曲面的数控加工有一定的借鉴意义.     

面向复杂曲面数控加工的刀具规划控制研究

曲面数控加工是零部件制造的重要组成工艺,普遍存在效率和尺寸精度低、制造成本高等问题。鉴于此,现研究了传统的曲面加工工艺和刀具轨迹控制算法,利用刀具接触和位置路径CAPP系统来优化数控切削过程,通过专家决策和人工智能推导出了最优的刀具位置路径和数控加工代码。加工测试表明,改进后的数控切削走刀干涉量小,加工效率和尺寸精度明显提高,能满足复杂曲面刀具切削规划要求。     

复杂曲面的数控加工误差分析

针对复杂曲面的多轴数控加工,应用数学知识建模,从理论上分析了平底铣刀刀具加工复杂曲面时的误差,得出了影响数控加工精度的主要因素并提出了误差补偿方法,为控制多轴数控加工的误差提供了理论依据与补偿算法,对高精度复杂曲面的数控加工具有借鉴意义。     

NURBS 曲面法矢量的理论探讨

从Ｂ样条曲线一阶导数公式出发,推导了非均匀Ｂ样条曲面、ＮＵＲＢＳ曲面单位法矢量的计算公式,并进行了实例验证,为复杂自由曲面数控加工系统设计以及刀具与工件相对运动轨迹的模拟奠定了基础。     

复杂曲面CNC加工技术的曲面包络逼近原理

针对当前数控加工技术以“点”去除方式加工复杂曲面效率很低的缺陷,提出了以“线”去除方式加工复杂曲面的CNC制造技术的曲面包络逼近原理。论述了以曲面活动标架思想描述和控制刀具相对工件运动的微分几何方法,建立了刀具包络面以最小误差逼近目标加工曲面的刀具运动优化模型。最后,以一个点啮合齿面的数控加工实例论证了该方法的精确性和可行性。     

复杂自由曲面曲率分布特征对数控铣削性能的影响

针对复杂自由曲面的数控铣削性能难预测的问题,提出曲面曲率分布特征值,用于评价数控加工效率和加工精度。在构建的刀位面上策划等间距行走的刀位轨迹,建立刀位轨迹长度和刀具间的最大残余高度作为加工效率和加工精度的评价指标,分析曲面曲率分布特征值对加工效率和加工精度的影响。试验结果证明该自由曲面数控加工模式的有效性。分析发现,随着曲面曲率分布特征值增大,刀位轨迹长度和最大残余高度同时增加,导致加工效率和加工精度同时下降。此外,在曲面曲率分布特征值小于0.5 mm–1时,加工效率降低幅度不超过7 %,但加工精度却下降6～7倍。因此,曲面曲率分布特征值可用于评价和预测复杂自由曲面的数控铣削性能。     

复杂曲面高效铣削加工的刀具尺寸优选

刀具尺寸是影响复杂曲面数控加工质量和效率的重要因素,基于刀具尺寸与曲面加工质量和效率的函数关系,给出了保证加工曲面精确性的最优小刀具选择方法,建立了以效率最高为目标的合理大刀具尺寸优选算法,并针对几何特征复杂的曲面,提出了以刀具加工有效面积比值为参考的刀具组合选择方法。应用实例表明:该刀具尺寸优选策略在充分保证复杂曲面加工质量的前提下,能有效提高其整体加工效率。