复杂通道类零件五轴加工刀轴规划

针对复杂通道类零件的五轴数控加工,提出一种控制刀轴稳定变化的刀轴规划方法。首先,通过对刀轴可行空间的均匀离散,建立一种高效求解刀轴可行空间精细边界的方法;然后,依据刀轴矢量规划准则,求解满足机床角加速度约束的可行刀轴序列集合,并提出一种切削行内旋转坐标线性变化的刀轴矢量规划方法;最后,通过建立刀轴变化和残留高度综合评价指标,得到优化的刀轴矢量,并与典型的商用软件进行了实验对比验证。结果表明,使用本文提出的刀轴规划方法得到的切削行刀位轨迹旋转坐标变化均匀,旋转轴角加速度最大值降低到商用软件的10%以下,残留高度平均值降低了22%,改善了切削过程的稳定性,提高了加工表面质量。

圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种直观简便的刀轴轨迹生成方法。利用圆锥面的性质,给出法向映射曲线的定义即刀具轴线上诸点在设计曲面上的法向投影点的集合,将刀具包络面向设计曲面的逼近问题转化为每个刀位下法向映射曲线与特征线的最小二乘逼近问题,并给出刀具包络面尚未形成时单刀位下理想特征线的生成方法。用两点偏置法生成初始刀位,以此为基准,利用刚体运动学方法将刀轴位姿描述为3个回转与3个平移运动参数的函数,从而建立单刀位优化条件与6个运动参数的非显性的函数关系。采用拉丁超立方的试验设计方法求解,分析并优选计算过程中的影响因素,得到最优刀位,进而获得优化后的刀轴轨迹面。实例计算可知,刀轴优化后的包络误差显著降低,并且计算结果稳定。该方法可为非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工提供一定的理论依据。

圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工整体叶轮叶片曲面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种可行的刀轴轨迹生成方法。该方法首先根据两点偏置法给出初始的刀轴面,然后利用圆锥面的几何性质调整优化刀轴位置,"强制"刀具面与叶片曲面每瞬时线接触,建立以刀轴位置为变量的刀具面上多点与叶片曲面相切的超定方程组,并用最小二乘法求解。利用共轭曲面的数字仿真原理,以叶片曲面为基准面,以其上发出的标杆射线为纽带,建立刀具包络面与叶片曲面之间的误差计算模型,并给出加工干涉的判定依据。实例计算表明,刀轴优化后的包络误差显著降低,验证了所提方法的有效性。

基于粒子群优化算法的圆锥刀侧铣刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面的刀轴轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的解决方案。将刀轴上一点到圆锥面的距离定义为该点对应的当量半径,将刀轴上一点到非可展直纹面的距离与当量半径之差定义为径距偏差,在此基础上提出单个刀位实现最优的判定条件,即刀轴位姿应满足刀轴上各点径距偏差的平方和为最小。以初始刀位为基准,通过3维小量平动局部调整刀轴两端点的位置,将调整后的刀轴位姿描述成6个平动参数的函数,从而将刀具包络面向非可展直纹面的逼近问题分解为每个刀位下位姿参数的寻优问题。提出基于粒子群优化方法的求解策略,并给出具体的实现步骤。实例计算表明,该方法可使单刀位的优化实现过程简单、结果稳定,显著降低刀轴优化后的曲面包络误差,可为非可展直纹面的侧铣加工提供一定的理论依据。

SA-PSO混合算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对非可展直纹面的原理性误差问题,采用单个刀轴位置的误差判定函数作为目标函数,即单个刀轴上的各点到非可展直纹面的距离减去刀轴半径的平方最小。在MATLAB中利用SAPSO(模拟退火算法和粒子群算法)混合算法对其进行求解,该混合算法解决了单刀位情况下刀轴最优位置的寻求问题。通过对比PSO算法和SA-PSO算法包络误差的极差值均值表明:SAPSO混合算法欠切和过切误差对比于单一的粒子群算法减少了14.7%,实际加工并检测叶片精加工的表面误差验证了方法的可行性。

基于人工鱼群和粒子群优化混合算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面的刀轴轨迹规划问题,采用两点偏置法确定初始刀轴矢量,为评价单个刀位,提出了单刀位下的误差度量函数,即刀轴上各点到非可展直纹面的距离与对应各点到圆锥面的距离差值的平方和最小。为解决每个刀位下的位姿寻优问题,提出了基于人工鱼群(AFS)和粒子群优化(PSO)混合算法的优化方案。仿真结果表明,所提方法在单刀位下的优化过程简单,结果精度高,优化后位姿集合形成的刀具包络误差小。

基于GA—NOA优化算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对非可展直纹面的圆柱刀侧铣加工,提出了一种基于遗传算法(GA)和非线性规划(NOA)混合算法的优化方法。首先,采用两点偏置法确定初始刀轴矢量,在此基础上,引入了单刀位下的误差度量函数,即刀轴上各点到非可展直纹面的距离与对应各点到圆柱面的距离差值的平方和最小来实现单刀位的优化结果。进而对整体刀位优化问题,提出了基于遗传算法和非线性规划混合算法进行整体刀位。仿真计算结果表明,该方法在单刀位下的优化过程简单,结果精度高,优化后位姿集合形成的刀具包络误差小,对非可展直纹面侧铣加工有一定的实际意义。

复杂网格曲面高效加工数控编程策略研究与应用

为了提高复杂网格曲面数控加工的效率和品质,研究了复杂网格曲面高效加工数控编程策略。从刀轨规划方式、数控程序量、多轴刀轴规划和进给速度优化等方面阐述了现有方法的不足和应采取的策略。将文中的策略应用到口腔修复体网格曲面的高效加工中,实例结果表明了文中所研究策略的正确性和有效性。

TOOL ORIENTATION PLANNING FOR FIVE-AXIS CNC MACHINING OF OPEN FREE-FORM SURFACES

For the geometry characteristics of open free-form surfaces,it is hard to consider global interference during the planning of feasible domains.Therefore,the optimal kinematic orientation of tool axis will no longer be confined to the boundary of feasible domains.In this paper,according to the principle demanding that the tool should be fitted to a surface as close as possible and relevant processing parameters,a feasible domain of tool orientation for each cutter contact is planned in the local feed coordinates system.Then,these feasible domains of the tool orientation are transformed into the same coordinates system of the machine tool by the inverse kinematics transformation.The linear equations based feasible domain method and Rosen gradient projection algorithm are used to improve the optimization process in precision and efficiency of the algorithm.It constructs the variation of tool orientation optimization model and ensures the smoothness of tool orientation globally.Simulation and analysis of examples show that the proposed method has good kinematics performance and greatly improves the efficiency.