复杂曲面宽行数控加工理论及其应用研究

数控技术是先进制造技术的基础和核心,已经成为衡量一个国家制造业发展水平的标志。作为数控技术的重要组成部分,数控加工编程技术一直是人们的研究重点和难点。随着航空航天、汽车、新能源、微电子等领域的发展,不断出现的复杂曲面零部件对数控加工编程技术提出了更高的挑战。目前,以实现宽行线接触为目标的宽行数控加工技术已经在加工效率方面体现出了比较明显的优势,但在理论及应用上尚有大量的研究工作亟待努力开展。为此,本文以圆环面刀具为基础,对复杂曲面宽行数控加工编程技术中的刀具定位、刀轨规划等基础理论进行了深入研究与实践。对现有的多点切触加工理论和几种典型多点刀位算法进行了分析,以最大化加工带宽为目标,以保证刀具表面和工件     

基于公差约束的复杂曲面宽行加工方法

为了提高复杂曲面环形刀加工的加工效率,结合设计公差带,对复杂曲面的宽行加工算法进行研究.借用二阶泰勒逼近方法计算整条切削轨迹的切削带宽,根据设定的切削带宽比率阈值对其进行切削带宽可调整性评估;针对符合可调整性的切削轨迹,分析影响切削带宽的切触点,在公差约束范围内,将实际切触点沿其所在位置曲面法矢反方向平移一段合适的距离,从而反算出最优的切削带宽.通过分析切触点变化后曲面性质对切削带宽的影响,说明了公差约束思想在宽行加工算法中具有通用性.算例表明,与二阶泰勒逼近算法相比,该方法能大幅度地提高切削带宽,提高量可达到原切削带宽的26.5％,同时,切触点轨迹长度缩短了22.7％;仿真结果验证了该方法在复杂曲面环形刀宽行加工中的有效性.     

宽行数控加工技术在小曲率曲面加工中的应用

随着五轴数控技术的发展,传统球头刀具对曲面的加工已不能满足高效加工需求。利用五轴数控加工的灵活性,通过调整圆环面刀具的位置与姿态,从而实现以线接触为目标的宽行加工方法,并进行了工装小曲率曲面的粗加工验证。与普通球头刀具加工相比,选用圆环面刀具能够提高25%以上加工效率,验证了宽行数控加工技术的高效性和可靠性。     

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。     

自由曲面数控加工刀位轨迹生成方法的研究

依据逆向工程中自由曲面造型理论,结合数控编程中等距面法和参数线法,给出了一种较为简便的数控加工刀位轨迹生成方法。     

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     

基于CAXA的复杂曲面数控加工

结合手机外壳曲面的数控编程全过程，在分析手机外壳曲面工艺特点的基础上，详细阐述了在CAxA软件的CAD／CAM集成环境之下，如何编制三轴加工中心加工手机外壳曲面程序，如何以较高的切削加工效率、较好的成形质量和最佳的加工粗糙度以及流畅的工艺过程，加工出满足要求的手机外壳曲面。这项研究不仅对提高我国手机外壳制造技术具有重要意义，而且作为一个教学实训项目，对于整合高等职业院校现有教学资源，完善学校的实训教学工作，开阔学生眼界，为社会输送高技能应用人才，也将起到积极作用。     

极坐标下的非球刀具数控加工无干涉刀位计算方法

对在五坐标数控加工环境下,利用圆环面刀具加工复杂曲面的情况进行了综述,采用一种基于参数表面真实特征的近似行距公式来计算等行距,并将其进行推广。具体描述了刀具模型的建立过程,将其简化并通过坐标系的旋转变换至编程坐标系中。阐述了三维刀补算法的原理,为了求出接触点的数据和法矢,应用了三角化离散曲面的方法,从而生成刀位轨迹,之后为了保证加工精度和曲面的平滑度,运用了四元数插补法进行优化,并将其运用在了鞋楦的加工中,通过误差分析验证了其可行性。     

基于活动标架理论的加工目标曲面再设计及刀位计算

为解决大型低刚度复杂曲面零件精度难以保证的加工难题,针对精加工目标曲面几何面形未知、随机形变误差远大于设计公差的实际加工特征,研究基于E.Carten活动标架理论的加工目标曲面再设计正向建模技术,以及以参考廓形及几何参数实测数据为依据的刀位点计算方法。在分析了可测参考面、加工基准面及加工目标面空间位姿关系的基础上,根据物理或几何约束要求,采用数字化手段再设计出精加工目标曲面,并利用曲面模型重新计算曲面加工刀位点。通过某型号液体火箭发动机变壁厚喷管冷却通道的加工试验验证,表明所提出的再设计数字化加工方法满足这类高物理性能和高几何精度曲面零件的加工精度要求。     

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。     

多轴CNC机床加工曲面上曲线的刀具姿态实时控制

多轴ＣＮＣ机床加工的空间曲线都是位于曲面上的,且切削刀具不是数学上的理想质点,因此,从满足机械 加工工艺和机床ＣＮＣ系统实时控制的要求出发,建立了刀具及其姿态控制的数学模型,该模型中的曲面－曲线标 架只需要被加工曲面－曲线具有一阶连续性,这大大减小了设计和构造空间曲面—曲线的复杂程度,提高了 ＣＮＣ系统的实时性。最后,以磨削圆锥球头立铣刀的刀刃为例,说明了模型的实际应用方法。     

自由曲面数控加工刀具轨迹优化算法的研究

提出了一种数控加工刀具轨迹排列优化算法,使相邻加工轨迹间的残留高度都等于最大允许值,在保证精度的前提下,刀具轨迹排列更加合理,轨迹条数和轨迹长度大大减小,加工效果明显提高。     

圆环面刀具五坐标数控加工复杂曲面刀位算法分析

对圆环面刀具五坐标数控加工复杂曲面编程方法进行了综述 ,指出大多数算法仍采用仅适用于点接触加工的以局部微分几何为基础的刀位算法。本文证明了这些算法的缺陷 ,提出了一种针对圆环面刀具的五坐标数控宽行加工复杂曲面的刀位计算的思想。     

复杂曲面数控加工刀具轨迹规划技术研究进展

刀具轨迹规划一直是复杂曲面数控加工中的重点研究内容。针对复杂曲面轨迹规划的关键技术,对现有轨迹规划算法的发展与现状进行了综述,同时对刀具干涉类型、干涉消除算法以及行距和步长的确定进行了总结。分析了当前研究中的不足,指出一些新的研究成果尚不能完全满足工程实际需求,认为复杂曲面加工刀具轨迹规划技术应兼顾理论研究与实际应用,并考虑机床的运动学与动力学特性以实现高效、高速加工。     

复杂曲面慢刀伺服加工刀具半径补偿方法

随着机床技术的进步,一种基于慢刀伺服技术的超精密金刚石车削创成加工方式成为可能,能够一次加工获得精度很高的各种复杂曲面。在复杂曲面慢刀伺服车削加工路径规划中,针对存在的刀具过切现象,传统刀具半径补偿算法为计算曲面刀触点的等距点,通过分析传统等距点刀具半径补偿算法的不足,提出了一种基于等距点的刀具半径补偿算法,弥补了传统等距点刀具半径补偿算法的不足,通过实例证明该算法有效地改进了传统刀具半径补偿算法的不足,提高了曲面加工的精度。     

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。     

曲面数控加工中刀具干涉的检验

文章讨论了雕塑曲面数控加工中单张曲面产生刀具干涉的现象；相邻两曲面在凹向交线处的无干涉加工以及曲面拼接处刀具干涉的截面验证法，给出了具体算法和加工实例，取得了较好的干涉处理效果。     

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。     

曲面造型及数控加工刀具轨迹生成方法的研究

依据双三次均匀B样条曲面造型理论 ,运用等参数线加工方法 ,给出一种较为简便的曲面造型及数控加工刀具轨迹的生成方法     

中点误差控制宽行加工算法

现有的几种利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题,不利于提高加工效率和保证加工质量。通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程,认为产生刀心波动的两个理论因素:行宽致波动量和刀轴致波动量,其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量,刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量。虽然存在两者异号相抵的情况,但也存在同号时增大刀心波动的情况。鉴于问题复杂性,从理论上消除行宽致波动量产生的刀心波动出发,提出中点误差控制刀位优化算法,该算法中的刀心波动仅由刀轴致波动量产生。算法以有效特征线段中点定位刀具,以最大加工行宽为目标,对刀具姿态进行优化。编制了计算程序并对某种螺旋桨试件进行试切试验。通过与Sturz算法和多点法(Multi-point method,MPM)结果比较,验证该算法在减小刀心波动、改善刀轨光顺性和提高加工效率方面的有效性。