数控加工中的高效刀具路径规划与仿真研究

本文利用高级仿真技术,对刀具路径进行前期验证、实时优化和后期评估,以提高路径规划的效果。检测潜在的碰撞和错误,在仿真环境中利用遗传算法、粒子群算法和蚁群算法优化路径选择。本文研究表明,利用仿真评估确认路径的精确度和工件的加工质量,能有效降低加工误差,提高加工效率。综合使用仿真技术和智能优化算法可以显著提升数控加工的性能,为复杂加工任务提供可靠的技术支持。

数控铣削加工中刀具路径规划的优化策略

数控铣削加工是现代制造业中的关键环节,其加工效率和精度直接影响产品的质量。在数控铣削加工中,刀具路径的规划是提高加工效率和确保加工精度的核心。当前,由于刀具路径设计不合理、加工参数设置不当等因素,常常导致加工效率低下和加工精度不高。因此,针对数控铣削加工中的刀具路径进行规划,并提出优化策略显得尤为重要。

三元整体叶轮的几何造型与数控加工刀具路径规划

采用三次B样条曲线对叶轮中性面上盖盘和轴盘的两组数据点进行插值, 得到盖盘曲线和轴盘曲线,进而得到直纹面形式的叶轮中性面; 按照叶片的厚度做盖盘曲线和轴盘曲线的变距偏置曲线, 得到叶片曲面的直纹化表达式; 在此基础上, 讨论了三元叶轮加工的刀具路径规划方法, 给出了确定球头刀刀心位置和计算残留误差的两种迭代算法, 最后给出了加工实例。

慢刀伺服加工环曲面的刀具路径规划方法

如何规划刀具路径、进而获得高质量的数控加工代码,是应用慢刀伺服技术加工环曲面的关键技术之一。提出了基于等距面规划刀位点轨迹的刀具路径规划方法,推导了外凸环曲面的面形方程及其等距面方程,对比分析了两种导动曲线及两种数据点离散方法,优选了刀具路径规划方案,应用VB.net语言编写了慢刀伺服加工环曲面用数控代码生成软件,在Vericut平台上对数控代码进行了仿真验证,直观地展示了虚拟加工面相对理论曲面的残留区域,仿真结果验证了方法的可行性。结果表明:将外凸环曲面方程中的非一次常数项a变为a+rd,即得到外凸环曲面的等距面方程;所提刀具路径规划方法适用于慢刀伺服加工外凸环曲面;该方法对应用慢刀伺服技术加工其他面型的光学镜面具有借鉴价值。

闭式叶轮通道五轴数控粗加工刀具路径规划

针对离心式通风机中闭式叶轮通道的五轴数控粗加工,提出了一种用圆锥面截取叶轮流道的分层加工方法,该圆锥面由叶轮子午面内的直母线绕叶轮轴线回转形成,这种分层方法可以使每一截面的加工区域均由4条曲线围成,保证每一层刀具路径的形状相似.在此基础上,给出了适合流道分层加工的等参数环切和螺旋加工2种刀具路径规划方法.该方法简单、效率高,非常适合于通道类零件的粗加工.

NURBS曲面五轴加工刀具路径规划技术研究

提出了基于等照度线的刀具路径规划方法,采用等照度线对曲面进行分区,根据曲面特征采用不同的刀具路径规划方法,兼顾效率的同时尽可能提高加工精度。通过加工实验与传统刀具路径规划方法进行对比,表明本方法在加工效率和加工精度方面都优于传统方法。

大型船用螺旋桨桨毂粗加工刀具路径规划研究

针对大型船用螺旋桨毛坯余量较大,相邻桨叶间存在重叠区,现有加工方法吊装复杂、需要二次装夹且叶根桨毂加工周期长等问题,提出了一种多轴对称加工叶根桨毂方案,并依据加工方案,应用定轴加工方法研究桨毂粗加工刀具路径规划。根据桨毂曲面特征,计算走刀行距与步长;基于定向包围盒(Oriented Bounding Box,OBB)干涉检查算法划分加工区域;在此基础上分析切削参数恒定时,横向行切、纵向行切和环切3种刀具路径规划方法对桨毂加工效率的影响。研究结果可为正确选择桨毂粗加工刀具路径规划方法和后期大型船用螺旋桨叶根桨毂加工装置研发提供理论基础。

基于Hilbert填充曲线的自由曲面刀具路径规划研究

利用平面Hilbert填充曲线生成方法简单、易于控制填充疏密的优点,将其用于了自由曲面数控加工刀具路径的生成。对平面Hilbert填充曲线的生成原理进行了研究,用矩阵运算的方法生成该曲线。结合自由曲面的形成过程,提出将平面Hilbert曲线通过与曲面参数域相对应的方法映射到曲面上,进而生成加工刀具路径的思想。最后用一个具体应用实例验证了生成平面Hilbert曲线方法的正确性,和用此曲线作为数控加工刀具路径的可行性。通过与经典刀具路径生成方法比较可见该方法具有算法简单,加工余量均匀,加工效率与表面质量高的优点。

自由曲面数控加工刀具路径规划研究

对NURBS表达的自由曲面进行了三维模型重构,给出了自由曲面加工刀位点的计算方法,得到了自由曲面NURBS刀具路径规划策略,并将NURBS刀具路径和直线插补刀具路径进行了仿真加工对比,试验结果表明NURBS曲线刀具路径可以大大提高曲面加工的精度,改善曲面的光顺性,能够满足自由曲面数控加工的需要。

求解PCB钻孔机刀具路径规划的交叉熵方法

工作刀具路径的优化程度是PCB钻孔机的重要性能指标,对其进行很好的优化有助于提高PCB设备的加工质量和加工速度。首先对刀具路径进行建模,然后对交叉熵算法进行描述并应用交叉熵方法对刀具路径进行求解。实验结果表明,选择交叉熵方法对环境进行建模简单、有效,在求解刀具路径规划方面具有一定的优势。

整体叶轮叶片五轴精加工刀具路径规划算法及试验研究

针对整体叶轮加工过程中刀具极易和叶片表面发生干涉的情况,基于叶轮叶片直纹面的特性,提出了对叶片曲面上任意一点无干涉的刀具姿角算法。应用该算法,可以规划出无干涉的叶轮精加工刀具路径。

型腔高速数控铣削刀具路径规划研究进展

型腔高速铣削是箱体类零件的典型加工方式,被广泛应用在航空、航天、汽车及模具等行业中。型腔高速铣削的走刀路径决定了此类零件的加工效率和加工质量,其轨迹规划至关重要。首先对型腔高速铣削的几种经典走刀路径策略进行了总结。然后对诸如切啮合角、颤振等影响走刀路径规划的关键影响因素进行了阐述。最后系统地分析了现有型腔高速数控铣削走刀路径中规划方法存在的不足,探讨了该领域未来的发展前景和需要进一步探究的热点问题。

圆柱直齿轮铣削加工无干涉刀具路径规划

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工,提出一种无干涉刀具路径规划方法.首先,建立齿轮包络铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;其次,在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,通过残留高度曲线与刀具圆弧的求交,计算出残留高度点;根据残留高度点到刀具圆弧中心之间的距离等于刀具半径,计算出刀具路径曲线上的下一刀位点;依次递推计算出等残留高度进给下的所有刀位点;再次,以等残留高度刀位点计算结果为基础,残留高度约束下,计算出等弧长进给和等径向进给的刀位点;然后,通过距离法判断刀具与工件是否存在全局干涉,给出刀具不同刀位点对应的刀偏角,局部干涉通过调整刀具半径来避免;最后,通过仿真计算实例验证所提出方法的可行性和有效性.

圆环面刀具数控加工刀具路径规划

研究了数控加工中圆环面刀具路径规划,建立圆环面刀具数学模型,从刀位点计算、曲面边界离散、相邻刀轨计算等方面确定刀具路径规划算法.最后,利用Matlab工具编程对路径规划算法进行了具体实现,通过计算基于圆环面刀具的刀位点数据,拟合生成刀具轨迹,同时利用UG软件采用球头刀对相同曲面进行加工路径仿真,通过两者比较,可以得出圆环面刀具加工效率更高的结论.

基于CPU-GPU的NURBS曲面并行刀具路径规划方法

针对传统串行刀具路径规划算法效率低下和在异构硬件平台的不兼容问题,提出一种基于CPU-GPU异构并行计算的刀具路径规划方法。针对NURBS曲面,依据OpenCL规范和等参数线刀具路径规划方法的原理设计并行算法,在CPU的逻辑控制下,采用数据并行的编程模型在GPU的多个工作项上并行执行内核,将串行执行的等参数线法进行并行化重构。仿真实验结果表明:在不同的计算规模下,CPU-GPU异构平台上采用并行刀具路径规划算法的执行效能相比于传统算法均有2~14倍的提升。

基于中轴变换的刀具优化选择与刀具路径规划

基于中轴变换思想,提出了一种平面域数控加工的多尺寸刀具优化选择方法.根据给定平面域的中轴变换结果,以最大中轴变换圆为依据,确定粗加工的刀具直径,并规划相应的环切法刀具路径和残留的未加工区域;根据残留未加工区域对应的中轴变换结果,确定清角加工的刀具直径和刀具路径,重复该过程直至完成清角加工;最后进行清根加工.该方法有助于数控加工刀具的合理选择,缩短切削路径的长度,从而提高加工效率,可用于模具型腔的数控加工.

螺旋桨加工刀具路径规划

螺旋桨是大型轮船、潜艇等重型动力机械的核心部件,其性能的好坏直接影响甚至是决定着整机的性能。螺旋桨的噪声和振动影响着船舶的行船安全、影响乘客的环境舒适度,严重影响潜艇的隐蔽性。螺旋桨在数控加工后会留下刀痕等表面缺陷。表面缺陷会影响螺旋桨表面的局部流体流动,在近桨叶表面容易产生不稳定流动,较容易引发叶片的振动和噪声。流体机械表面缺陷的方向与流体流线方向垂直时这种影响最大,平行时影响最小。螺旋桨的刀具路径规划结合螺旋桨的流场分析,形成与流体流线相吻合的刀具路径,可很大程度的减小振动、降低噪声。

自由曲面等粗糙度数控加工刀具路径规划

从自由曲面数控加工特点和工程应用需要出发,提出了基于等粗糙度原则的刀具路径规划方法。与其它刀具路径规划方法相比,能够进一步提高零件的加工精度,省去其它后续精加工工序,缩短加工时间,节约加工成本。在计算刀具路径时,将空间点的计算映射到平面参数域内进行,保证了算法的稳定性、可靠性。

核电封头五轴数控加工刀具路径规划研究

核电封头机械加工余量大,并且球面上非对称的分布这若干管嘴端面,这给高效刀具路径规划造成了极大的难度。在NURBS方法基础上,针对核电水室封头等形状复杂大型工件,从加工效率和稳定性的角度,建立环形铣刀加工曲面的运动几何学模型并应用加工域规划法进行刀具路径规划。合理的刀具路径规划可以有效的避免刀具干涉,缩短刀具路径,提高加工精度。

基于CPU-GPU的B样条曲面并行刀具路径规划方法

针对传统串行刀具路径规划算法效率低下和在异构硬件平台上的不兼容问题,提出一种基于CPUGPU异构并行计算的刀具路径规划方法。方法针对双三次均匀B样条曲面,依据等参数线刀具路径规划方法的原理和Open CL规范设计并行算法,在CPU的逻辑控制下,采用数据并行的编程模型在GPU的多个工作项上并行执行内核,将传统串行执行的等参数线法进行了并行化重构。仿真实验结果表明,该算法在CPU-GPU异构平台上生成刀具路径的时间较传统串行算法缩短1.5~11.9倍,对实现刀具路径的实时或准实时生成具有重大意义。