A new iso-scallop height tool path planning method in three-dimensional space

This paper presents a new approach for designing the tool paths in the machining of sculptured surfaces for computer nu- merical controlled end milling. In the proposed method, the tool paths are determined so that the scallop height formed by two adja- cent machining paths is maintained constant across the machined surface. Unlike previous work on iso-scallop height milling, the present work considers the true 3D configuration of the milling procedure and can be used to generate better results, which is shown by examoles.

三角网格表面等残留高度刀轨生成算法

针对截平面法规划的三角网格表面的刀轨长度较长、加工表面残留高度不均匀的问题,提出一种基于改进截平面法的等残留高度刀轨生成算法.首先在估算刀触点轨迹线垂直方向曲率半径的基础上,计算刀触点轨迹投影线并对其进行修正,去除其中冗余的投影点;然后由修正后的刀触点轨迹投影线构造驱动表面,利用驱动表面和网格表面迭代计算刀触点轨迹线;最后由刀触点轨迹线计算无干涉刀轨.与截平面法生成的刀轨进行比较分析的结果表明,文中算法生成的刀轨长度较小且获得的残留高度保持均匀,适合于三角网格表面表示的复杂表面的精加工.

基于包络面的网格曲面等残留高度路径规划

研究面向三角网格曲面数控加工的刀具路径设计,提出了一种基于刀具包络面的等残留高度刀具路径生成算法.该算法首先建立刀具运动刃口回转面的包络面方程,然后通过相邻轨迹刀具包络面求交得到残留曲线,并利用全局搜索和局部搜索两个步骤精确地计算残留高度值,据此判断当前刀位点是否满足等残留条件,若不满足则沿行距方向搜索等残留刀位点,最后进行加工干涉检查和处理.算例分析的结果表明,由本文的算法生成的刀具路径残留高度均匀,刀轨长度较短,无加工干涉,在保证加工精度的前提下,能够有效地提高加工效率.

基于残留高度设计的模具加工用新型圆角端铣刀

针对工厂实际加工编程时用常规圆角端铣刀进行大切深加工造成的加工后表面残留高度大且不均,在初次荒加工后需要建立残留模型进行二次荒加工的情况,对常规圆角端铣刀的R角刃形进行优化设计,设计出一种有效降低被加工工件表面残留高度的大切深高效铣削刀具。建立该新型圆角端铣刀以及常规圆角端铣刀的水平切削行距与表面残留高度的数学模型。模型参数分析表明,该新型圆角端铣刀具有良好的切削效果。对新型圆角端铣刀及常规圆角端铣刀的切削仿真表明,前者的加工效率最高可提高2.4倍。对设计的刀具进行磨制,实际加工实验表明,相比于常规圆角端铣刀,应用该新型圆角端铣刀可降低表面残留高度1.96倍。

测量点数据等残留高度刀具路径规划

在介绍计算几何模型的基础上,提出一种刀具路径算法.首先分别以刀具半径值和残留高度值为等距距离,通过等距计算求出等距点集和残留高度点集;然后以前一行刀具路径为中心构建刀具包络面,并求出刀具包络面与残留高度点集的交点,即过渡点集;最后通过求以过渡点集为中心的刀具包络面与等距点集的交点,得出相邻行刀具轨迹,依次递推,求出所有的刀具路径行.针对计算过程中可能出现的欠切问题,给出了应用密切圆追踪的边界处理方法.通过实例验证了该算法的可行性.与等间距刀具路径生成方法进行比较表明,应用文中算法解决针对测量点数据的数控加工刀具路径生成问题,可缩短刀具路径长度,提高加工效率.

复杂自由曲面曲率分布特征对数控铣削性能的影响

针对复杂自由曲面的数控铣削性能难预测的问题,提出曲面曲率分布特征值,用于评价数控加工效率和加工精度。在构建的刀位面上策划等间距行走的刀位轨迹,建立刀位轨迹长度和刀具间的最大残余高度作为加工效率和加工精度的评价指标,分析曲面曲率分布特征值对加工效率和加工精度的影响。试验结果证明该自由曲面数控加工模式的有效性。分析发现,随着曲面曲率分布特征值增大,刀位轨迹长度和最大残余高度同时增加,导致加工效率和加工精度同时下降。此外,在曲面曲率分布特征值小于0.5mm–1时,加工效率降低幅度不超过7%,但加工精度却下降6～7倍。因此,曲面曲率分布特征值可用于评价和预测复杂自由曲面的数控铣削性能。

基于等残留高度的光顺刀具轨迹规划算法

提出了一种新的等残留高度光顺刀具轨迹规划算法。针对数控加工中高速铣削时刀具轨迹规划方法进行比较和研究,以参数曲面为例,用matlab软件对此算法进行编程,通过控制轨迹线的曲率来保证刀具轨迹光顺性,有利于获得好的加工质量。尤其是对高速铣削加工,此算法具有较大的实际应用价值。

细分曲面等残留高度刀轨规划

提出了一种基于细分曲面等距面变形的逼近等残留高度刀轨生成算法。利用Catmull-Clark细分曲面具有的逐步逼近的多分辨率特性和误差公式,根据加工误差确定细分次数,并以此作为目标曲面生成等距曲面;根据等距面上点的曲率半径和倾斜角度确定变形率,利用其1-环领域得到变形系数并生成等距面的变形曲面,采用截平面法计算得变形后的刀轨,利用变形系数将刀轨进行逆变形得到原空间上的刀轨。实例证明:该算法在陡峭区域走刀间距变小,刀具路径变密,保证了加工精度。

采用三次NURBS曲面构造鞋楦模型及刻楦仿真

为实现鞋楦曲面的精加工,基于复杂曲面实物的几何模型反求方法,从鞋楦实物模型得到其数字化模型,提出了一种可控精度的鞋楦曲面模型重构方法.利用三维实体激光扫描仪测量获取点数据,基于小波变换原理采用无偏似然估计对鞋楦原始测量点数据进行降噪平滑处理,采用三次非均匀有理B样条(NURBS)曲线表示鞋楦u、v向表面曲线,由此得到三次NURBS曲面并拟合鞋楦表面.建立了鞋楦数学模型,采用等残留高度法计算无干涉刀位轨迹,并基于Unigraphics平台虚拟刻楦进行数控(NC)程序仿真验证.仿真结果表明,该重构方法使鞋楦曲面精度可以调节,根据不同加工效率要求方便地计算刀具轨迹.误差分析结果表明,与设定鞋楦加工精度相比,产生的误差控制在允许范围内.

渐开线螺旋面的一个特性及其应用

根据渐开线螺旋面的形成原理及其微分几何性质,指出它的一个特性,即其单位法向矢量在平行于轴线方向为一定值.以大模数少齿数螺旋转子的渐开线螺旋面部分的加工为例,用球头铣刀在四轴立式加工中心上铣削渐开线螺旋面,计算残留高度时,运用此特性可求得能反映渐开线螺旋面曲率变化的残留高度计算公式.并通过该公式探讨了各因素对残留高度的影响,以该实例的加工结果说明残留高度公式的正确性.

叶片数控加工表面粗糙度控制的研究

分析叶片数控加工中影响表面粗糙度的主要因素,推算出插补与走刀步长、加工残留高度的计算公式,并分析其余切削参数对表面粗糙度的影响,在实际应用中具有指导意义。

环形刀等残留高度多轴加工步距计算

针对不同曲面的环形刀多轴加工,提出了最大步距计算的数学模型,建立了残留高度为常数时步距与刀轴倾角之间的函数关系,通过函数关系推导出最佳步距的值。实验表明,该算法在保证加工精度的前提下,能有效缩短加工刀轨路径,提高加工效率。

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。

螺旋锥齿轮滚切加工残留高度的精确计算

为了控制齿面的加工质量,基于刀倾展成法加工原理,提出一种采用数值法精确计算齿面残留高度的算法。在计算过程中将加工设计参数和加工工艺参数相结合,建立滚切齿面数学模型。该模型确立了刀倾法加工螺旋锥齿轮时齿面残留高度与刀片数量、刀盘转速、摇台转速与摇台转角范围的参数关系。给出具体实例,计算齿面不同取样处残留高度的理论值,预估齿面粗糙度,为实践加工提供参考。残留高度的计算结果与仿真测量结果基本一致,证明该算法的准确性。

高速铣削中控制残留高度的实验研究

针对球头铣刀高速铣削表面残留高度的数学模型,提出了减小残留高度控制表面粗糙度的主要途径,通过实验研究获得了行间距、进给速度、切削速度对高速铣削铝合金表面粗糙度的影响规律,对优化切削参数,改善零件表面质量具有重要意义。

Tricept型并联机床曲面加工的刀轨规划

研究了Tricept型并联机床采用平底刀加工曲面时的刀轨规划问题.首先简要地介绍了机床的结构组成,并对机床的逆运动学及其位姿作业空间进行了分析.在此基础上,给出了刀具干涉检验及刀具位姿作业空间检验的有效算法.借助于传统五坐标数控机床曲面加工的等残高刀轨路径生成方法,提出了适用于Ticept型并联机床的刀轨规划算法.

复杂曲面等残留高度螺旋刀具轨迹生成方法的研究

复杂曲面加工中,刀具轨迹规划是数控加工技术的关键,它的优劣性将直接影响曲面加工的精度和效率。在总结等残留高度法和螺旋走刀模式的特点基础上,对等残留高度法进行改进,提出了基于等残留高度法的螺旋加工模式刀具轨迹生成方法,给出了该方法的生成刀具轨迹的流程。该方法解决了等残留高度法轨迹线零散、轨迹不光滑、不利于高速加工的缺点,实现了加工轨迹光滑连续,在确保加工精度的前提下,提高了曲面加工效率。最后,利用此方法对叶片零件加工实例进行了刀具轨迹规划,在UG加工模块中完成了加工仿真,验证了方法的优越性。

基于等残留高度的自由曲面三轴数控加工刀具轨迹规划

提出了一种新的自由曲面三轴数控加工刀具轨迹规划方法,该方法首先将自由曲面进行离散,并沿曲面的法矢方向将离散曲面偏置一个刀具半径值,得到该曲面的偏距面,在偏距面上基于等残留高度来规划刀具轨迹。该方法已经在实际中得到很好的应用。

点云曲面等残留高度刀具路径规划

现有方法在解决满足一定条件的测量点刀具路径直接生成问题时存在若干缺陷,为此提出一种基于最小二乘支持向量机的点云曲面三坐标加工等残留高度刀具路径生成方法。应用最小二乘支持向量机拟合散乱点,完成四边形网格划分,实现散乱点的网格化重建。分别以残留高度和刀具半径为等距距离,对初始网格进行等距计算,得到以网格形式表示的残留曲面和刀具中心曲面。应用曲面等残留高度刀具路径生成几何模型,通过网格曲面与刀具包络面之间的求交计算和逐步递推方法,求出矩形域内点云曲面加工等残留高度刀具路径。应用边界网格识别和测量点高斯映射技术提取边界特征点。通过边界裁剪,求得实际边界域内的刀具路径。通过实例验证了该方法的可行性,并与目前常用的等间距刀具路径生成方法进行比较,结果表明该方法能够合理地解决加工精度和效率间的匹配问题。

复杂参数曲面刀具轨迹铺放算法

结合空间填充曲线法与等残留高度法的优点,提出了一种新的刀具轨迹铺放算法。对u和v方向的等残留高度路径进行叠加求交,用参数变量代替笛卡尔坐标进行自由曲线求交,速度远高于包络面求交法。将每相邻的四个交点作为一个路径回路,通过综合条件判断回路合并方向,使得合并过程满足哈米尔顿回路要求,最终合并得到的哈密尔顿回路即为刀具路径。该方法能够生成近似最短并且连续的刀具轨迹,缩短了自由曲面加工的时间。通过实例验证了该方法的有效性。