五轴联动数控加工的刀具路径优化方法研究

为解决五轴联动加工复杂曲面过程中的刀具路径不连续问题,提出了五轴数控的刀具路径优化方法。通过五轴NC代码的坐标变换还原有效切削路径,对切削路径进行误差约束下的非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合。对旋转轴路径采用五次样条曲线进行插值,建立切削路径和旋转轴路径的参数映射关系,通过机床逆运动变换求解C2连续的平动轴路径。实验表明,经过该方法优化后,切削路径和各驱动轴运动路径具有良好的平滑性,显著提高了五轴加工曲面精度和表面质量。     

五轴联动数控加工中的刀具补偿方法

分析了现行五轴联动数控加工编程标准ISO6983对数控系统刀具半径补偿和刀具长度补偿功能支持的不足,提出一种刀具半径补偿向量模式的编程方法,以主轴头旋转类型的五轴数控机床为例说明了五轴加工中实现刀具补偿的方法。     

多轴联动数控加工中转向处理的新方法

提出一种简单易行，高效的边界转向处理算法，避免了边界切削，同时提高了转向处理的效率。     

五轴数控加工碰撞检验

介绍利用实体模型对刀具是否与零件发生干涉进行检验的方法     

数控加工刀具轨迹显示系统

用显示刀具中心运动轨迹的方法来检验数控加工程序（亦称ＮＣ代码）的正确性，无疑是一种又省的办法，多年的使用证明，它对于保证加工程序的质量，提高编程效率，有着很好的实用性。本文概述了必具轨迹显示软件的研制方法，并结合其功能特性，介绍了屏幕绘图软件开发的技术要点。     

NURBS曲面五轴加工刀具规迹生成技术研究

为解决传统的复杂参数曲面五轴加工中所存在的效率和精度不高的问题,提出了一种基于STEP-NC的NURBS曲面五轴加工刀具轨迹生成技术。采用STEP-NC的数据格式描述复杂NURBS参数曲面,在此基础上采用等残留高度法对五轴加工刀具轨迹进行了规划,包括刀轨行距的计算,刀具轨迹的生成等任务。采用加工试验的方式对本文方法进行了验证,并与传统方法进行对比分析。试验结果表明,新方法能够提高复杂参数曲面的加工效率和表面加工质量。     

基于Tri-NURBS轨迹同步插补的五轴加工技术

为提高复杂曲面五轴加工过程中刀具运动的平稳性,在分析了五轴NURBS插补摆刀轨迹后提出了一种满足插补精度的等距Tri-NURBS轨迹同步插补算法。首先结合NURBS曲线理论生成了三次Tri-NURBS轨迹模型,结合二阶泰勒展开法计算出三条轨迹对应位置的插补参数。然后针对三条轨迹参数不同步的问题,以刀心点轨迹参数为基准,分别对刀触点和刀轴点的轨迹参数进行同步,实现了插补过程中三条轨迹参数的同步运动。最后,使用两个评价指数对等距Tri-NURBS轨迹同步插补算法的插补精度进行评价。MATLAB仿真结果表明,提出的方法能够得到插补精度高的Tri-NURBS同步轨迹,实现了复杂自由曲面的高效率和高质量加工。     

五轴数控加工光滑无干涉刀具路径的规划措施

五轴数控加工技术的关键就在于路径的规划,在于如何更好地回避刀具与工件的干涉,本文从复杂曲面五轴刀具路径规划的角度入手,分析了五轴数控加工中干涉的分类,提出了五轴数控加工光滑无干涉刀具路径规划的主要措施,主要集中在优化刀具形状以及优化刀具轨迹算法这两个方面,从而确保了加工效率和加工精度。     

空间自由曲面五轴联动数控加工

介绍了五轴数控机床的运动方式,阐述了空间自由曲面五轴联动数控加工中刀具路径规划的基本方法:参数线法、CC路径截面线法、CL路径截面线法、导动面法等。之后对五轴加工中刀具轴向规划进行了论述:垂直于表面方式、平行于表面方式、倾斜于表面方式。最后归纳总结了刀具干涉的检测与处理的方法,并分别说明了其优缺点和适应范围。     

五轴数控加工中多刀加工自由曲面的刀具选择

针对自由曲面的五轴数控加工，提出一种新的刀具选择方法，此算法可以自动地选择出最优刀具组合，每个刀具对应一个或多个特定的加工区域。多刀具组合的加工方法既可以保证加工曲面的精确性，又可以实现大刀具的高效加工。此外，还提出了种五轴教控加工时间的近似算法，通过对比用刀具组合加工时间和单个刀具加工时间，从而证明了该方法的有效性。     

基于精度控制的刀具轨迹自适应拟合算法

为解决传统数控系统在进行曲线曲面离散连续微小线段刀具轨迹加工中频繁加减速、加工速度缓慢、加工质量不高等问题,提出了一种基于精度控制的刀具轨迹自适应NURBS曲线拟合算法,该算法通过提取连续微小线段刀具轨迹的主要特征点,进行基于精度控制的自适应添加特征点的迭代拟合。仿真测试结果表明,该算法可以在保证拟合精度的条件下有效提高计算效率,压缩数据量。     

平底刀最优刀轴矢量规划算法

在进行自由曲面平底刀五轴数控加工刀轴矢量规划时,现有算法多以材料去除率最大作为优化目标,然而加工效率最高的刀轴矢量不一定是刀具最优姿态,还需要综合考虑加工质量、刀轴光顺等因素。从这几个方面建立单个刀轴矢量和相邻刀轴矢量光顺性的度量指标,并以归一化度量指标加权和最小作为优化目标建立刀轴矢量优化模型,经理论分析将多目标规划问题转化为力学平衡问题,弹簧模型中高斯球面上运动节点的平衡位置就是最优刀轴矢量。仿真结果表明SE权因子影响加工效率,DW、DM权因子影响机床运动平稳性,DF权因子影响切削条件,选择合适的权因子可以获得材料去除率大、加工效率高以及在工件坐标系、机床坐标系和进给坐标系下光顺的刀轴矢量。     

五轴微段平滑插补算法

在五轴加工编程中,计算机辅助制造系统对曲面加工通常采用以折代曲,采用大量的微小G01直线段来加工曲面,在曲率半径较大的工件表面会出现明显折痕,严重影响工件表面的加工质量。为提高五轴数控加工工件的表面质量,提出一种五轴微段平滑插补算法。该算法考虑五轴加工中刀位数据的量纲差异,根据相邻数据点间的线性轴长度、线性轴的夹角和旋转轴角度变化量识别五轴数控加工程序中非连续微段和连续微段加工区域。对非连续微段加工区域按照原始直线段和旋转轴直接插补,从而保证加工精度。对连续微段加工区域,先通过五维变量获取节点参数,采用最小二乘法对指令点在允许的精度范围内进行修正;对修正后的指令点采用4点构造法计算二阶切矢,根据连续微段的指令点修正值,节点参数值和对应的二阶切矢值获取二阶连续的三次样条曲线;在二阶连续平滑的曲线上进行实时插补计算,控制机床进行五轴加工。试验结果表明:通过提出的五轴微段平滑压缩算法拟合后的路径要更加接近原始的曲面模型,平滑处理过的实际工件加工表面也要优于未进行处理的工件加工表面,提高了五轴自由曲面的表面质量。     

汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工刀轴矢量插值

为了解决汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工时刀轴矢量频繁变换造成冲击或发生干涉等问题，提出一种刀轴矢量插值方法。根据被加工曲面的几何形状和误差要求确定刀触点，根据被加工曲面的微分几何性质确定刀轴矢量的后跟角和摆转角。在已确定刀触点处的刀轴矢量的基础上，采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀。以货车前挡风玻璃钢化风栅成形器的一个拼镶块工作表面和风栅孔五轴NC加工为例进行仿真。结果表明，该刀轴矢量光顺方法可以避免刀轴方向频繁变换，同时也可有效地提高加工精度。     

五轴加工奇异区域内的刀具路径优化

针对五轴加工在奇异区域内由于旋转轴运动的剧烈变化导致非线性误差过大并对工件、刀具和机床部件造成损害等问题,给出一种奇异区域内加工路径的优化方法。以AC双转台五轴联动数控机床为研究对象,在反向运动学变化中根据正弦、余弦三角函数的周期性对C轴转角进行初次优化;按照加工是否通过奇异点两种情况,采用设定奇异点处的C角值或者修改奇异点附近的刀轴方向两种方法,进一步降低C轴过大转角;以当前加工区间的非线性误差是否超过允许值为判断条件,对仍然不满足精度要求的区间进行递归插值处理。仿真试验和实际加工结果表明,与单纯采用线性插值方法相比,该方法在提高奇异区域内加工精度的同时,有效减少新插入点的数量,从而尽量降低加工速度的损失。     

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。     

Tool Positioning Algorithm Based on Smooth Tool Paths for 5-axis Machining of Sculptured Surfaces

The current research of the 5-axis tool positioning algorithm mainly focuses on searching the local optimal tool position without gouging and interference at a cutter contact(CC) point,while not considering the smoothness and continuity of a whole tool path.When the surface curvature varies significantly,a local abrupt change of tool paths will happen.The abrupt change has a great influence on surface machining quality.In order to keep generated tool paths smooth and continuous,a five-axis tool positioning algorithm based on smooth tool paths is presented.Firstly,the inclination angle,the tilt angle and offset distance of the tool at a CC point are used as design variables,and the machining strip width is used as an objective function,an optimization model of a local tool positioning algorithm is thus established.Then,a vector equation of tool path is derived by using the above optimization model.By analyzing the equation,the main factors affecting the tool path quality are obtained.Finally,a new tool position optimization model is established,and the detailed process of tool position optimization is also given.An experiment is conducted to machine an aircraft turbine blade by using the proposed algorithm on a 5-axis blade grinding machine,and the machined blade surface is measured with a coordinate measuring machine(CMM).Experimental and measured results show that the proposed algorithm can ensure tool paths are smooth and continuous,improve the tool path quality,avoid the local abrupt change of tool paths,and enhance machining quality and machining efficiency of sculptured surfaces.     

五坐标数控加工插补误差的刀触点加密控制方法

对五坐标数控加工插补误差的产生原理进行了深入分析,探讨了在各种加工允差条件下插补误差的产生原理,并提出了刀触点自适应加密的插补误差控制方法,为减小五坐标数控加工的插补误差、提高加工精度和质量提供了参考。     

基于通用五坐标数控机床螺旋锥齿轮NC加工研究

基于空间面共轭原理,确定齿轮切齿矢量关系,建立了螺旋锥齿轮的齿面矢量方程。利用空间坐标系的变换,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,从而将传统的螺旋锥齿轮机床加工调整参数转换为适合NC机床加工的运动参数,进行了五轴加工的刀具扫描体计算,在计算机上,对螺旋锥齿轮数控加工进行了仿真,给出了相应的计算和实验结果。在通过五坐标数控机床上实现螺旋锥齿轮加工,确定出螺旋锥齿轮NC加工方法。