小型整体式叶轮加工及仿真技术研究CSCD

以带有两级叶片整体式小型叶轮为例,基于UGNX7.5平台建立其三维模型;通过软件加工模块中的各类功能,设计了全部加工刀路;接着采用符合实际情况的机床模型展开了切削仿真试验研究与设计优化;最后在试切环节验证了刀轨的正确性。该研究表明:在小型整体叶轮零件加工中,刀轨设计结果与机床实际运动轨迹不完全一致,通过机床切削仿真对刀轨设计进行验证,能够最大程度的发现和修正刀轨设计中存在的问题及错误,是一种高效、可靠的设计方法。     

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。     

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。     

数控四轴旋转刀轨优化技术的研究

现有数控四轴加工编程适应性差,无法获得与曲面特征形状一致的分层连续刀轨,进刀和出刀轨迹过多,同时由于存在切削盲区,使得精加工余量很不均匀,这已经成为数控四轴加工中的瓶颈问题。本文提出了一种数控四轴旋转刀轨,通过提取曲面边界并展开为平面轮廓线;然后以平面轮廓线为边界获得相应的平面铣刀轨,平面铣刀轨可以通过相应的后处理输出为DAT数据文件,导入DAT数据文件生成平面样条曲线,最后将平面样条曲线缠绕于目标曲面上作为驱动曲线,从而生成连续光顺的分层刀轨。刀轨模拟和实际加工结果均表明,数控四轴旋转刀轨显著提高了四轴加工的效率和质量,在生产中实用性很强。     

基于水轮发电机叶片的复杂曲面数控加工刀轨生成算法比较研究与优化

以中小水轮发电机叶片加工为研究对象,通过对等参数线法、等距截面法和等残留高度法三种刀轨生成算法所生产叶片零件的加工过程进行研究,比较三种不同算法在复杂曲面加工中的异同及三种不同的加工方法对水轮机叶片加工质量及加工效率的影响,得出水轮机叶片三种加工方法各自最优使用范围及方法,为水轮机叶片实际生产加工过程提供了参考。     

数控展成电解加工对刀误差对加工精度的影响

介绍了用数控展成电解加工方法加工整体叶轮叶片型面的对刀误差,给出了各项对刀误差所引起的型面加工误差的计算公式,并分析了各项对刀误差对加工度的影响。     

复杂曲面五轴数控加工关键技术研究

曲面驱动是复杂曲面加工中的一种高效刀轨规划方法。以典型的复杂曲面零件——"佛像"为载体,介绍了曲面驱动方法下的刀轨规划的原理,以及驱动面的设计思路和制作流程;同时对编程中的关键技术以及试制过程中的工艺工装进行了总结。该零件主要由多个复杂不规则曲面组成,采用"曲面驱动"进行刀轨规划,能获得与曲面近似的走刀轨迹和光顺的刀轴矢量。经试制,采用该刀轨规划策略和工艺方案,有效地提高了零件的表面质量,达到了设计和精度要求。     

非典型叶轮数控5轴技术的研究

由于非典型叶轮结构复杂,无法使用主流CAD/CAM软件提供的叶轮5轴模块,在粗加工阶段采用3轴定向加工时,残余毛坯留量体积大形状不规则,严重影响了5轴加工的效率和质量。为此,一方面对于叶轮开式区域采用双圆柱面投影法获得驱动曲面,从而实现4轴联动粗加工,切削刚性大效率高;对于非开式区域则通过构建驱动曲面获得5轴联动刀轨,刀轨连续且刀轴矢量无突变。另一方面,提出了一种基于NC程序的刀轴矢量评价方法,可快速直观地评价5轴编程质量。实际使用结果表明:基于驱动曲面的刀轴矢量优化法能够显著提高复杂工件5轴加工的效率和质量。     

基于平底刀端铣的叶轮流道底面精铣算法研究

针对任意扭曲叶轮五轴整体铣制流道底部精铣,为提高加工质量和效率,通过球头刀和平底刀各自特点的比较和实践,提出一种基于平底刀端铣的叶轮流道底部精铣改进算法.建立法矢量控制刀轴矢量工件坐标系,结合刀倾角、刀摆角以及叶轮流道底部具体几何特征,推导出法矢量控制刀轴矢量算法;再对比球头刀端铣,建立平底刀端铣有效切削轮廓模型,推导...     

基于三角Bézier曲面平刀环切粗加工刀轨生成算法

为实现基于三角Bézier曲面造型技术的产品逆向设计与制造,提出一种针对三角Bézier曲面模型的平头刀环切粗加工刀轨生成算法,该算法通过优化R＊树的构建过程,建立了三角Bézier曲面模型的动态索引,基于该索引快速获取瞬时加工区域三角Bézier曲面片,进而采用刀具表面离散的方法迭代计算无干涉刀位点,并建立了三角Bézier曲面的Z向包络面,采用R＊树组织Z向包络面的拓扑近邻关系。将切削平面与Z向包络面求交获取截面轮廓环,并由它们之间的包含关系确定切削区域,进而获取环切粗加工刀轨。通过实例证明了该算法可对复杂三角Bézier曲面生成平刀无干涉环切粗加工刀轨。     

基于UGNX的叶轮五坐标数控加工方法研究

叶轮具有结构复杂、数量种类多的特点,重要用途的叶轮一般由可展直纹面和自由曲面构成。这种结构的叶轮具有曲率变化大、流道窄及扭角大等特点,比较难加工。本文以UG NX为平台,对自由曲面叶轮进行造型设计,从工艺参数的确定、到位规划和后置处理,最后在菲迪亚HS664 RT五轴加工中心上进行五轴加工完成零件的试切加工,证实了该方法的合理性和有效性。     

整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.     

An improved calculation method for cutting contact point and tool orientation analysis according to the CC points

Tool path generation is an important step of five-axis NC milling which plays an important role in parametric surfaces and free-form surfaces manufacturing. Cutter contacting (CC) point calculation is considered as a basic procedure of tool path generation. The step lengths formed by cutter contacting points have an effect on the chord error along feed direction. In traditional calculation method for CC point discretization, the segments connected by adjacent CC points distribute on both sides of the theoretical tool path curve. This situation magnifies the cutting error to some extent and enlarges the expected margin if the surface demands polishing or grinding. Aiming at this issue, this paper proposes an improved constant chord error method for CC point calculation. In the proposed method, the CC points lay on the theoretical tool path curve when the tool path curve is concave and lay on the chord error offset curve when is convex, which ensures the segments connected by the adjacent CC points distribute on one side of design surface, the side of the scallop height between tool paths. Therefore, the actual margin of polishing or grinding can be reduced. The influence of inflection points is also considered in this method to avoid accuracy deterioration caused by the long steps occurring near the inflection points. In part processing, local gouging and global collision must be avoided in tool orientation determination. This paper analyzes tool orientations with no rear gouging and no collision based on the calculated CC points. The novel discretization method for CC points is calculated on a single blade model, and the tool orientations are generated on an open integral impeller. A DMG DMU50 machine tool and a Hexagon three coordinates measuring machine are applied for experiments and measurements. The results show that, the CC point discretization method proposed in this paper offers many advantages over the traditional constant chord error method and commercial software, such as quantity of points, curve fitting, no overcut, and residual margin distributing. At last, blade and tunnel of the open integral impeller with safety tool orientation is machined and verified on the DMG DMU50 machine tool.     

基于MasterCAM的区域加工刀具路径规划

利用MasterCAM进行数控加工编程时,可以采用限制刀具边界、设置干涉面、设置加工参数以及修剪已产生的刀具轨迹等方法控制加工区域,完成对刀具路径的合理规划.通过灵活规划刀具路径,采用多种曲面加工方法组合,对某一电子产品外壳铜电极进行数控编程加工,不仅满足了零件的技术要求,而且提高了生产效率.     

组合曲面叶片的螺旋加工刀位轨迹生成

为提高叶片加工质量和改进现有螺旋加工方法,提出了一种新的针对组合曲面造型叶片的四轴螺旋加工方法.该方法在叶片曲面造型过程中,将叶片曲面分割为叶盆、叶背、前缘和后缘四个区域.根据组合曲面叶片造型,提出了组合曲面叶片螺旋加工刀位轨迹生成方法和切触点的计算公式.最后,基于UG软件平台,以二次开发方式编制了相应的数控编程模块.生成了连续光滑的叶片螺旋加工刀位轨迹.试验结果表明,该方法能够实现叶片的四坐标螺旋加工,并可有效提高叶片的加工质量.     

基于遗传算法的笔式加工刀具路径优化

为缩短笔式加工时间和提高加工效率,提出了一种新的基于遗传算法的刀具路径优化方法。笔式加工的特点决定了生成的刀具路径为一系列离散的切削路径段,为了精简搜索数目,将每段刀具路径看作两个遗传基因。使用十进制码构造分段染色体模型,采用改进的遗传算法对笔式加工分段路径进行优化排序,得到刀具路径排布的近似最优解。实验结果表明:改进的自适应遗传算法比一般遗传算法搜索速度提高若干倍,可以明显缩短加工路径的总长度。     

面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。     

涡轮增压叶轮加工工艺的分析

涡轮增压叶轮的整体结构复杂,叶片薄,需用到数控车、多轴加工等数控加工手段。分析了涡轮增压叶轮的工艺要求,提出了合理的工艺方案,并重点分析了叶轮加工中专用夹具的设计,以及叶片加工刀路的编制要点。实践表明,该方案的实施保证了叶轮的整体精度,提高了生产效率,达到客户的要求。     

五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法

为复杂曲面五轴数控加工的刀具路径优化生成问题提出一种新的有效加工域规划方法。在对工件被加工表面和刀具的几何特征进行分析的基础上,得到在加工件表面上各处的最优可加工域宽度和刀具切削方向。通过采用离散采样和插值计算生成优化的有效加工域集,得到最优化的初始刀具路径;同时建立一种迭代搜索算法,用于解决最优加工域的选择规划问题。采用此算法生成优化的后续刀具路径,使得有效加工域最终完全覆盖整个被加工表面。给出的示例显示相对于传统的五轴加工刀具路径生成算法,有效加工域规划方法可以减少刀具路径的总长度和加工时间,得到更为优化的刀具路径和更好的工件表面质量,因此有效加工域规划方法可以被用于五轴数控加工实践以降低加工成本和提高产品质量。     

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.