面向航空发动机叶片加工的滚球法刀位求解技术研究

针对航空发动机叶片五轴加工过程,可以运用一个新的刀具位置求解算法。通过沿着刀具轨迹滚动一个可变半径的球刀并定位刀具来切削曲面,对于每个网格点计算得到一个伪半径,并从中选出最合适的半径作为滚球半径。这就避免了典型的传统循环检测干涉,摆动刀具直到没有过切的方法,易于执行且便于计算。最后通过仿真和切削实验,验证了提出的叶片加工过程滚球法刀位求解方法的可行性和正确性。

立铣刀侧铣加工剖分式直齿锥齿轮时的刀位求解

针对剖分式直齿锥齿轮齿面的立铣刀铣齿加工,本文提出了一种立铣刀侧铣加工剖分式直齿锥齿轮时的刀位求解方法。根据直齿锥齿轮齿面成形原理,建立了齿面加工坐标系,分析了剖分体的齿面加工路径。通过刀具位置及其姿态分析,进行了齿面数控加工过程的刀位求解,得到了在剖分轮坯上切齿时刀心坐标、刀轴矢量的显函数表达式。在此基础上,通过后置处理及数控加工编程,结合VERICUT软件进行了切齿加工仿真及结果分析。通过侧铣加工及测量实验,验证了本文提出的立铣刀侧铣加工剖分式直齿锥齿轮时刀位求解方法的可行性和正确性。实验结果表明:加工出齿轮的齿距极限偏差为25.3μm,齿距累积总偏差为21.8μm,径向圆跳动偏差为38.3μm,齿廓总偏差最大偏差为5.6μm,齿廓形状公差最大偏差为2.6μm,所有加工偏差值均在正常的范围之内,且达到了规定的特大型直齿锥齿轮的精度标准。

考虑机床几何误差的球头刀三坐标NC铣削刀位控制

机床的各种误差是影响机床加工精度的重要因素,其中机床几何误差是主要的误差来源之一。为消除机床几何误差对加工精度的影响,以球头刀三坐标数控(numerical control,NC)铣削加工为研究背景,基于齐次坐标变换理论与刚体运动学方法,结合机床运动链拓扑结构分析,将机床几何误差映射到球头刀刀心的位置误差上。根据球头刀铣削工件表面成形原理,考虑机床几何误差与球头刀刀心位置间的映射关系,构建出刀心曲面与工件表面/设计曲面之间的正逆向计算模型。通过该模型求解出消除机床几何误差的编程刀心曲面,将该曲面导入CAM软件,即可获得消除机床几何误差的NC加工程序。通过曲面实例进行计算和仿真,佐证了该方法的可行性。

曲轴件数控加工刀具的无干涉刀位轨迹优化方法

常规无干涉刀位轨迹优化方法通过计算相邻轨迹间残余高度实现轨迹优化,容易受到刀具接触点曲率分布的影响,使得加工耗时较长。因此,文章提出曲轴件数控加工刀具的无干涉刀位轨迹优化方法。通过分析曲轴件结构和刀位走向,确定刀轴矢量组,结合设定的数控加工坐标系,根据后跟倾角计算接触点曲率分布,基于等效曲率,对刀轴偏置线进行索引,进而实现刀位轨迹的优化。仿真结果表明,该方法能够极大地缩短加工耗时,提高加工效率。

基于多点切触的数控机床加工刀位轨迹生成方法

针对传统轨迹生成方法存在效果差的问题,提出基于多点切触的数控机床加工刀位轨迹生成方法。以多点切触的刀位轨迹生成基本原理为基础,确定多点切触加工的几何变换情况,引入B样条插值法实现对数控机床加工刀位轨迹生成。实验结果表明,改进方法可有效降低误差情况,增加刀位点数量,轨迹生成效果较好,具有一定的优势。

基于特征的直纹面5轴侧铣精加工刀位计算方法

提出了基于加工特征的直纹面5轴侧铣精加工刀位轨迹的计算方法,给出了误差估算方法。通过对直纹面微分几何特性的研究,用扭曲度来刻画直纹面特征,将直纹面划分为可展化曲面和非可展化曲面。对于可展化曲面,通过调整直纹面上母线方向的变化规律,使之成为可展曲面,以便在加工中获得无脊棱的光滑曲面;对于非可展化曲面,提出用最小偏置角原理来求取刀轴矢量,以使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小,最终获得无干涉刀位轨迹。

曲面5轴加工中全局干涉检查与刀位修正

提出了一种求解曲面到刀具极值距离的方法,以解决曲面5轴数控加工中刀具与曲面的干涉问题。将曲面上的点投影到刀轴上,求出曲面到刀轴的最小距离,直接计算出刀具与曲面的干涉量,并对干涉刀位进行了修正,成功地解决了曲面与刀具的全局干涉问题。实际应用表明,该方法效率高、精度高。

自由曲面5轴数控加工刀位轨迹的生成算法

应用计算几何技术来决定优化的刀具定位和刀具姿态以实现环形 刀的５轴自由曲面数控加工。环形刀起切削作用的环形部分曲率半径的变化范围更大，而且 刀具姿态随曲率而变化。这些特性使得该方法比平底刀且固定刀具姿态的加工方法更优越。 分三部分来实现：①优化刀具定位和刀具姿态。②刀具轨迹规划。③干涉检测。

基于网格曲面模型的等残留刀位轨迹生成方法

三角网格曲面因其快速灵活、拓扑适应能力强等优点,在与制造业密切相关的航空航天、汽车、造船以及模具等工业领域得到越来越广泛的应用。针对网格曲面加工截面线型路径与边界不一致性等问题,提出一种保持边界一致的等残留刀位轨迹生成方法。该方法以减少抬刀、路径转接为目的,并综合考虑刀具轨迹几何与运动力学性能。首先对网格曲面局部区域进行精确拟合,进而给出一种网格曲面上曲线的偏置方法。以此为基础,对网格模型的边界轮廓进行等残留偏置,从而生成精确的刀位轨迹。实例表明该轨迹生成方法简便、可靠,具有良好的边界一致性,并可显著提高加工的效率和精度。

圆环面刀具五坐标数控加工复杂曲面优化刀位算法

本文分析了圆环面刀具的特点 ,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方法。该算法把曲面离散为点 ,从宏观范围考察瞬时刀位下刀具和型面的接触误差分布 ,并按宏观曲率吻合原则对刀位进行调整优化 ,实现了宽行线接触加工。通过对叶片曲面试算证明了该算法准确。用本算法对UGⅡ软件给出的刀位进行了评估 。

基于等距曲面的弧面凸轮单侧面数控加工刀位优化算法

针对弧面凸轮廓面的多轴数控加工,在分析现有各种加工工艺方法,尤其是分析单侧面加工方法存在的不足的基础上,围绕减小加工得到的实际廓面与理论设计廓面的极差,提出一种以刀轴轨迹面与凸轮廓面等距曲面的极差最小为优化目标的弧面凸轮单侧面数控加工刀位数据计算的优化算法。所建立的刀位优化算法综合了不可展直纹面侧铣加工的两点偏置算法和三点偏置算法的优点。通过实例对各种单侧面刀轨规划算法进行加工误差综合对比分析,结果表明所建立的刀位计算优化算法正确有效,可显著减小编程误差,为进一步提高弧面凸轮单侧面加工精度和完善加工工艺奠定了扎实的理论基础。

空间凸轮刀位补偿加工方式中理论加工误差的研究

开展空间凸轮廓面的非等价加工研究是实际生产的需要。刀位补偿加工方式因其加工效率高、成本低而受到研究者的重视。运用等距曲面理论对“刀位补偿加工必然存在理论加工误差”的命题进行了理论证明 ,探讨了刀位补偿加工的基本思想 ,推导出了刀位补偿加工中的凸轮廓面综合的数学模型 ,给出了相应的计算机实现算法。

复杂曲面的无干涉刀位轨迹生成

提出了基于Z map思路的干涉处理方法 ,将干涉处理由空间三角片之间的距离判断简化为一维坐标轴上两点之间的位置比较 ,并构造了包括干涉检查、干涉消除及欠切区域处理等的完整干涉处理方法 .此法可以提高干涉处理的效率及稳定性 ,简化欠切区域的单独处理 。

端点误差控制刀位算法的改进

对端点误差控制数控加工刀位算法进行了改进:采用2个端点间偏置距离代替它们的参数差值用于衡量加工带宽和进行加工误差控制,提出了一种新的采用循环迭代计算刀具旋转角度的方法,并给出了格点法对偏置方向角进行优化的过程;使得算法不受具体的曲面参数化方式影响,简化了刀具定位时计算量,刀位得到了充分的优化。利用UG二次开发技术进行的实例计算表明:设置走刀方向沿着曲面的最小主曲率方向比沿着曲面的最大主曲率方向加工带宽更宽,前者应该是该算法的最优走刀方向,而且沿着最优方向走刀的优化刀位和多点切触加工算法得到的加工刀位一致,该算法也比多点切触加工算法有更大的适应性。

曲面平头刀加工无干涉刀位轨迹自动生成的算法研究

提出了一种新的曲面平头立铣刀加工无干涉刀位轨迹自动生成的算法。该方法将曲面分成凸区域及非凸区域，将对凸区域采用快速算法，而非凸区域则进行干涉检查和处理。论述了三轴及五轴加工时局部刀具过切干涉和全局刀具干涉的检查和处理。

一种开阔自由凹曲面五坐标加工多点刀位算法

为了采用圆环面刀具加工开阔自由凹曲面,提出了一种简单快速的五坐标多点刀位算法.通过构造等距面,圆环面刀具的圆环面与理想曲面的相对关系可以等效为刀具环心圆曲线与等距面的相对关系.在等距面上构造偏置距离等于最大允许残余高度的新等距面,建立在新等距面一点处由法矢量和最小、最大主曲率方向矢量确定的局部坐标系,通过坐标变换得到空间坐标系下刀具环心圆曲线的参数方程.利用改进的求曲线曲面最小距离算法,得到不同刀位下刀具与新等距面的干涉量,当干涉量满足精度要求时停止调整刀轴,可以得到最优刀位.算例显示,新多点刀位算法不仅可以产生大的有效切削宽度,而且比以往的多点刀位算法具有更高的计算效率.

基于瞬时接触线的齿向修形刀位优化方法

针对传统的附加径向运动进行斜齿轮齿向修形时的修形扭曲问题,提出一种调整瞬时接触线的刀位优化方法。从成形磨削的本质出发,基于位形空间的啮合理论,求解得到砂轮与工件之间精确的空间动态接触曲线;对瞬时接触线包络出的修形齿面与理论齿面进行误差分析,并基于啮合区域误差平方和最小原理对实时的径向刀位进行优化;以一种齿向鼓形修形齿轮为例对该方法进行了验证。模拟及实验结果表明,该方法可有效消除节圆处的修形误差,并可降低整个啮合区域的修形误差。

弧面凸轮非等径侧铣刀位计算与遗传算法优化

弧面凸轮工作廓面的非等径铣削存在法矢异向误差,为寻求加工误差最小的最佳刀轴矢量,根据实际刀轴轨迹面是直纹面的性质,以NURBS直纹面重构理论刀轴迹面,构建了数控侧铣加工弧面凸轮的刀位优化模型,并提出了一种实数编码遗传算法求解该优化模型。通过实例的数值计算和仿真结果验证了该算法的有效性。

雕塑曲面数控粗加工刀位规划

提出了一种新的直接从测量数据中生成粗加工刀位轨迹的方法,被加工曲面用多面体模型来描述,采用分层切削方法进行加工.在各切削层分别用一个参考平面与毛坯和曲面模型求交,根据各相交环之间的位置关系,求出有效加工区域,利用数控编程自动生成粗加工刀具轨迹,并进行干涉检查和修正.计算实例表明,该算法稳定、效率高,尤其适用于加工带多重岛屿的复杂曲面.

基于响应面方法的圆锥刀侧铣非可展直纹面的刀位优化

在非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工中,刀位优化是减小原理性误差的关键,目前还存在着刀位优化方法复杂或刀位优化后加工精度不高的问题,难以解决。针对上述问题提出一种基于响应面的刀位优化方法。利用设计曲面(非可展直纹面)发出的法向标杆射线,将刀具包络面表示为设计曲面的相伴曲面,并以连续刀位截得的最小标杆值表示包络误差。证明了标杆最小值条件与包络条件的等价性,针对某一瞬时刀位,将设计曲面上通过刀轴的法向标杆定义为特征标杆,在此基础上提出单刀位最优位姿的判定条件:刀具截得的各特征标杆长度的平方和为最小。基于面心组合实验设计方法,结合刀轴位姿空间的逐代压缩策略,再利用响应面方法建立优化目标函数与位姿参数的显式函数关系,进一步得到刀具最优位姿参数。通过实例计算和对比分析证明了所提方法的有效性。结果表明,采用该方法可以提高刀具位姿的最优化性能,模型拟合精度高,预测结果准确,并可以显著降低曲面全域的包络误差。