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。     

NURBS曲面五轴加工刀具规迹生成技术研究

为解决传统的复杂参数曲面五轴加工中所存在的效率和精度不高的问题,提出了一种基于STEP-NC的NURBS曲面五轴加工刀具轨迹生成技术。采用STEP-NC的数据格式描述复杂NURBS参数曲面,在此基础上采用等残留高度法对五轴加工刀具轨迹进行了规划,包括刀轨行距的计算,刀具轨迹的生成等任务。采用加工试验的方式对本文方法进行了验证,并与传统方法进行对比分析。试验结果表明,新方法能够提高复杂参数曲面的加工效率和表面加工质量。     

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     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

浅析自由曲面数控加工中刀具路径规划

复杂曲面广泛应用于航空、汽车、电子等行业,所以加工制造业对于自由曲面数控技术要求越来越高,而刀具路径规划是负责曲面加工过程中关键技术之一.本文在刀具路径规划技术发展基础上,对自由曲面数控加工中刀具路径规划问题进行了分析.     

复杂曲面加工干涉避免及轨迹的规划

对复杂曲面进行分析,通过调节后跟角和摆动角来避免刀具与被加工曲面发生干涉,并提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法,以改善曲面加工精度和加工效率。     

数控铣削加工曲面刀具轨迹的规划

分析自动编程加工曲面的刀具轨迹,综合刀具轨迹编辑处理方法,阐述了曲面加工中刀具轨迹的规划,提出了如何将三轴刀具轨迹转化成五轴刀具轨迹的原理,为五轴刀具路径的获得提供了一种新途径.     

面向复杂曲面数控加工的刀具规划控制研究

曲面数控加工是零部件制造的重要组成工艺,普遍存在效率和尺寸精度低、制造成本高等问题。鉴于此,现研究了传统的曲面加工工艺和刀具轨迹控制算法,利用刀具接触和位置路径CAPP系统来优化数控切削过程,通过专家决策和人工智能推导出了最优的刀具位置路径和数控加工代码。加工测试表明,改进后的数控切削走刀干涉量小,加工效率和尺寸精度明显提高,能满足复杂曲面刀具切削规划要求。     

五轴数控加工光滑无干涉刀具路径的规划措施

五轴数控加工技术的关键就在于路径的规划,在于如何更好地回避刀具与工件的干涉,本文从复杂曲面五轴刀具路径规划的角度入手,分析了五轴数控加工中干涉的分类,提出了五轴数控加工光滑无干涉刀具路径规划的主要措施,主要集中在优化刀具形状以及优化刀具轨迹算法这两个方面,从而确保了加工效率和加工精度。     

基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划

针对刀具轨迹连续性差、切削刀具负荷波动大的问题,提出一种基于改进型Butterfly细分的三角网格曲面环形刀具轨迹规划方法。以三角网格曲面的几何特征为基础构建曲面定点数据表达结构,结合环形刀的几何特征对刀触点(CC点)的刀具曲面及工件曲面进行几何分析,构建三角网格曲面环形刀切削模型。根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度,并据此采用改进型Butterfly细分方法对三角网格曲面进行细分,使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度的要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹,沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点(CC点)的逐行规划,最终根据环形刀几何模型求解刀心(CL点)位置。根据选择的刀具参数和给定的残余高度要求,仿真生成的三角网格曲面螺旋刀具轨迹的连续性好,从而降低了切削刀具负载的波动,最后通过机加工实验验证了刀具轨迹的可行性。     

Tool path strategy and cutting process monitoring in intelligent machining

Intelligent machining is a current focus in advanced manufacturing technology, and is characterized by high accuracy and efficiency. A central technology of intelligent machining—the cutting process online monitoring and optimization—is urgently needed for mass production. In this research, the cutting process online monitoring and optimization in jet engine impeller machining, cranio-maxillofacial surgery, and hydraulic servo valve deburring are introduced as examples of intelligent machining. Results show that intelligent tool path optimization and cutting process online monitoring are efficient techniques for improving the efficiency, quality, and reliability of machining.     

复杂曲面零件的在线检测路径规划方法研究

在线检测技术可以实现曲面零件特别是大型复杂零件加工精度的快速检测,能避免产生因二次装夹而出现的重定位误差。笔者针对在线检测技术的关键问题——检测路径规划开展研究,提出了基于零件三角网格模型测点法矢方向的检测方法,采用贪心局部优化算法和蚂蚁算法对测点路径进行优化,并对实例零件在取不同测点情况下两种算法的路径优化和测量效率进行了分析和比较。     

Study on symmetrical machining technology

In order to promote machining efficiency of large symmetrical freeform surfaces, a new concept of symmetrical machining is put forward. In addition, problems of collision among cutters or headstocks and machining residue in symmetrical machining are studied in this paper. Through an example of a twin-skeg ship model surface, the design principles of 4-axis symmetrical machine tool are proposed and tool path planning of symmetrical machining is investigated. Based on the above research work, a 4-axis symmetrical machine tool for a ship model surface has been developed. The machining efficiency of the symmetrical machine tool is 85% higher than that of traditional machine tool with a single cutter. Furthermore, the overall cost of the symmetrical machine tool is reduced by saving one set of servo drive system.     

A new approach to generating arc length parameterized NURBS tool paths for efficient three-axis machining of smooth, accurate sculptured surfaces

With the development of a new function of computer numerical control controllers, nonuniform rational B-spline (NURBS) interpolation, NURBS tool path generation for sculptured surface machining is under extensive research. The common procedures of the current NURBS tool path planning methods are as follows: first, to find a group of cutter contact points on a sculptured surface; second, to calculate their corresponding cutter locations (CLs); then, to fit a NURBS tool path to the CLs within a prescribed tolerance; and finally, to inspect the tool path for possible gouge by the tool and delete the invalid path segments, if any. However, the NURBS tool path has the following problems: (a) although it passes through the discrete CLs of the theoretical CL path, the deviation along the two paths could be larger than the tolerance; (b) its parameter is not the arc length of the path; and (c) it is difficult to detect gouge along the NURBS path and to remove the invalid segments from it. Consequently, NURBS tool paths generated with the current methods of commercial computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) software cannot be used to make smooth and accurate surfaces. To address these problems, this work proposes a new approach to generating arc length parameterized NURBS tool paths with high accuracy in terms of the theoretical CL paths and without gouge and interference. Two practical examples in this work clearly demonstrate the feasibility of this approach and the advantages of the generated NURBS tool paths. Therefore, this approach can be implemented into the CAD/CAM software to promote NURBS machining in industry.     

大型水轮机叶片的多轴联动数控加工编程技术

转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。介绍了大型水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到的转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。     

基于网格化局部差值拟合的自由曲面加工路径规划方法

基于网格化局部插值拟合的曲面加工路径规划方法是在传统的等参数离散法基础上,对离散的密集的刀心点云进行网格化重新规划。提出了一种对刀心点云投影并进行网格化的新方法。在网格点局部根据临近的刀心点进行局部插值拟合的方法得到新的刀心点,在保证刀心点集能够满足重建要求的前提下,使加工路径规则化。可以根据误差计算公式对网格密度和离散密度进行判断和调整以实现优化。     

层切法模具粗加工中自适应刀轨规划方法

目前,模具粗加工方法是制约模具数控加工效率提高的重要因素,为此,深入探讨了基于层切法的零件模具数控粗加工方法,简述了层切法中计算机辅助设计3维模型分层方法,详细论述了截面上数控加工轨迹生成和规划方法。研究了目前层切法刀具轨迹生成算法的不足,提出了刀具环形轨迹的自适应规划方法。根据层面边界曲率在已有粗加工刀具中自动选择粗加工刀具规格,实现了刀具优化选择的目的。应用该方法可以减少粗加工余量,提高粗加工速度,进一步提高零件模具数控加工效率。     

五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法

为复杂曲面五轴数控加工的刀具路径优化生成问题提出一种新的有效加工域规划方法。在对工件被加工表面和刀具的几何特征进行分析的基础上,得到在加工件表面上各处的最优可加工域宽度和刀具切削方向。通过采用离散采样和插值计算生成优化的有效加工域集,得到最优化的初始刀具路径;同时建立一种迭代搜索算法,用于解决最优加工域的选择规划问题。采用此算法生成优化的后续刀具路径,使得有效加工域最终完全覆盖整个被加工表面。给出的示例显示相对于传统的五轴加工刀具路径生成算法,有效加工域规划方法可以减少刀具路径的总长度和加工时间,得到更为优化的刀具路径和更好的工件表面质量,因此有效加工域规划方法可以被用于五轴数控加工实践以降低加工成本和提高产品质量。     

数控立车模块化方案设计专家系统

将专家系统技术和模块化技术相结合，建立数控立车模块化方案设计专家系统，并应用于实际，有一定的实用性。