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。     

离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。     

用极坐标投影法产生自由曲面铣削刀具路径方法的研究

应用微分几何工具,计算自由曲面的法矢、主曲率及其极值。由于自由曲面多采用多轴加工,且应考虑干涉、刀具轨迹规划和切削行距的确定等问题,故提出用极坐标投影法获得刀轴矢量和干涉区域的方法,通过刀触点偏移一定矢量长度的方法,可以得出切削行距及刀具轨迹。通过获取刀轴矢量的平滑变化,提出了求取刀具路径的方法从而避免了刀具碰撞的发生。     

面向能效的曲面数控加工刀具路径优化方法

刀具路径规划是曲面数控加工过程的一个重要环节,优化的刀具路径能显著提高曲面加工效率,降低机床能量消耗。通过对刀具路径优化问题的描述及其影响因素的分析,建立以机床加工效率和能量消耗为目标,以主轴转速、进给量、机床功率、主轴力矩、加工行距及表面质量为约束的刀具路径优化模型。在模型优化求解过程中,根据待加工曲面曲率半径、刀具半径及曲面加工后的残留高度,优化出合理的刀触点间距和加工行距以确定刀触点;采用自适应模拟退火遗传算法对刀触点连接顺序和方式进行优化运算,寻求最优刀具路径。通过实例加工和与传统方法的对比,验证了提出方法的有效性和实用性。     

基于MMR的三角网格曲面五轴加工刀轨生成算法

为了提高三角网格曲面五轴加工的加工效率,提出了基于最大材料去除率(maximal materialremoval rate,MMR)的平底刀五轴加工刀轨生成算法。首先计算无曲率干涉且具有最大材料去除率的网格曲面五轴加工的刀具方位角;然后在确定网格曲面可能干涉区域的基础上,提出刀触点处干涉性假设,并以最大材料去除率、刀具无曲率干涉和全局干涉为约束条件,采用二分法确定具有最大材料去除率的无干涉刀具方位角;最后采用截面线法生成三角网格曲面MMR平底刀五轴加工刀轨。通过实验验证了采用文中算法生成的刀轨进行加工能够获得较高的加工效率和表面质量。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

基于关键刀轴矢量插值的球头铣刀五轴加工光顺刀轴矢量生成方法

提出基于贪心策略的复杂曲面加工刀具路径关键刀轴矢量序列整体优化方法，以及基于关键刀轴矢量插值的球头铣刀五轴加工复杂曲面光顺刀具姿态生成方法。计算各关键刀位刀触点处的刀轴矢量可行域，基于贪心策略从刀轴矢量可行域中选择关键刀轴矢量序列并且插值关键刀轴矢量序列，检查加工路径刀轴矢量序列是否存在碰撞干涉，进而获得可行的关键刀轴矢量序列集合。根据光顺评价指标从可行的关键刀轴矢量序列集合中选择最优的关键刀轴矢量序列，然后获得整个加工路径光顺的刀轴矢量序列。试验结果表明，该方法生成的复杂曲面加工刀具姿态能够使机床旋转轴运动平稳。     

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。     

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。     

基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划

针对刀具轨迹连续性差、切削刀具负荷波动大的问题,提出一种基于改进型Butterfly细分的三角网格曲面环形刀具轨迹规划方法。以三角网格曲面的几何特征为基础构建曲面定点数据表达结构,结合环形刀的几何特征对刀触点(CC点)的刀具曲面及工件曲面进行几何分析,构建三角网格曲面环形刀切削模型。根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度,并据此采用改进型Butterfly细分方法对三角网格曲面进行细分,使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度的要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹,沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点(CC点)的逐行规划,最终根据环形刀几何模型求解刀心(CL点)位置。根据选择的刀具参数和给定的残余高度要求,仿真生成的三角网格曲面螺旋刀具轨迹的连续性好,从而降低了切削刀具负载的波动,最后通过机加工实验验证了刀具轨迹的可行性。