非球面刀具数控加工模具型腔的无干涉路径规划

在球面刀具干涉处理算法的基础上 ,对模具型腔自由曲面NC三轴加工中平头刀的刀具轨迹的干涉处理技术进行了分析。将干涉处理从三维空间问题分解为2个二维空间问题 ,并提出相应的干涉处理方法。该算法具有干涉处理彻底、处理效率高等优点     

四元数法改善复杂曲面5轴加工精度研究

提出一种新的刀具轴向设计方法,通过使用四元数法进行刀具轴向规划,以解决曲面5轴数控加工中刀具轴向过度依赖曲面几何特征,造成刀轴剧烈变化所引起的切削恶化问题.在被加工曲面上可能发生过切的区域,指定刀具轴向,再由指定的轴向,直接计算出其他位置的轴向,并与其他刀具轴向设计方法进行对比.实际应用结果表明:采用该方法可以很好地提高复杂曲面切削精度、效率,避免过切.     

五轴联动刀轴矢量插补优化算法

目的研究解决五轴联动机床旋转轴角度采用线性插补方式生成的加工轨迹,导致刀具姿态偏离所设计的理想平面,引发刀具姿态误差的问题,减少非线性误差,提高零件表面质量。方法首先对旋转轴角度线性插补方式引发刀具姿态误差的原理进行了分析,提出了一种刀轴矢量插补优化算法。然后在线性插补的基础上,根据提出的刀轴矢量插补优化算法保证首末点间的刀轴插补矢量始终位于首末刀轴矢量所构成的平面内,实现刀具姿态优化,并在MATLAB中对线性插补和矢量插补优化两种方式进行仿真分析,观测出对应方式下刀轴插补矢量的空间位置。最后利用叶片试件在AB型转台摆头类型机床上进行仿真和加工验证,对比两种刀轴矢量插补方式仿真数据。结果在VERICUT同等条件下仿真,刀轴矢量采用线性插补时,叶片进出汽边误差值分别为-0.218 66 mm和-0.312 58 mm;刀轴矢量插补优化后,叶片进出汽边误差值分别为-0.095 46 mm和-0.099 05 mm。刀具姿态经过插补优化算法后,叶片进出汽边的过切值明显降低。结论刀具姿态经过插补优化算法后,叶片过切值的大小和数目明显减少,使得非线性误差明显降低,从而提高了零件表面质量。     

卧式加工中心接触式在机断刀检测功能开发与实现

通过PROFIBUS总线对断刀检测装置控制器进行组态;在西门子840D sl系统标准刀库界面上进行二次开发,用于设定刀表中的刀具是否需要进行断刀检测;通过NC换刀子程序和PLC程序的设定,实现NC与PLC的数据交换传输,从而将刀具是否需要检测和刀具长度等信息传送给PLC,PLC控制检测装置执行动作,并且把检测的刀具长度与实际数据进行比较,判断出是否断刀。此断刀检测装置已经应用于实际生产,可以避免由于断刀所引起的加工工件报废,从而提高效率、降低成本。     

最小非线性插补误差约束的多轴侧铣刀轴矢量优化

机床运动轴的线性插补会导致刀具位置及刀轴矢量的非线性插补,造成的非线性误差是影响曲面侧铣精度的重要因素。为减少刀轴矢量非线性插补造成的侧铣加工误差,建立转台旋转-刀轴偏差角模型,证明当机床旋转轴线性联动时刀轴矢量的插补一定是非线性的,并提出刀轴矢量线性插补的条件。在加工坐标系中建立球面坐标系,讨论相邻插补刀轴矢量在球面坐标系中的经纬度差异,以及对刀轴偏差角的影响。通过计算知相邻刀轴矢量的夹角与刀轴最大偏差角不呈单调关系。提出相邻刀轴矢量平均纬度最小化的优化目标;通过改变工件装夹姿态,满足优化条件。以典型叶片曲面类零件的曲面侧铣加工为例,验证刀轴矢量线性插补的约束条件。利用BC轴转台式机床进行加工,借助优化刀轴矢量在转台旋转-刀轴偏差角模型中的平均纬度,验证所提方法的有效性。     

数控加工仿真中自由曲面的碰撞干涉检验

碰撞干涉检验是数控加工仿真的主要目的之一.文章解决了数控加工仿真中的自由曲面碰撞干涉的问题:把碰撞干涉分为四种情况,对其分别提出不同的检验方法,并阐述了具体的解决方案.这些方法对3-5轴数控机床均适用.其中提出的刀具与曲面全局干涉的检查算法解决了求曲面到刀具最小距离的问题,即根据曲面到刀轴最小距离判断刀具是否与曲面发生干涉.     

基于八叉树和方向包围盒的自由曲面加工干涉检查的简化算法

基于分层方向包围盒（OBB）和八叉树空问剖分法，采用分离轴理论，利用离散刀位点间的关联性。针对自由曲面五轴加工的全局干涉问题，给出了一种刀具干涉初步检测的简化算法。应用八叉树的分层结构，只有节点发生干涉，才需要对子节点进行进一步处理。由于刀具路径离散位置的连续性，采用设置缓冲区法来减少需要处理的节点数，从而有效降低了算法的复杂性。     

自由曲面五坐标端铣加工干涉避免的研究

基于平底端铣刀有效切削轮廓曲率与刀触点曲面法曲率匹配,初定刀具姿态,再通过刀具圆柱面与曲面求交,推导了交线上各点坐标的计算公式.利用交线上干涉点数据,计算并调整刀具姿态,避免切削刃后缘和侧缘过切被加工表面,消除瓶颈干涉.与用刀触点曲率半径计算并消除瓶颈干涉的方法相比,该方法更合理、更实用.     

基于VERICUT的变螺距螺杆多轴数控加工仿真研究

针对变螺距螺杆在多轴机床上加工难度大、加工过程复杂的问题,研究了变螺距螺旋线的直接插补算法,并根据刀具加工螺杆时的空间几何关系对刀具刀位点进行求解,得到了设计数控加工程序所需要的全部信息;通过定制变螺距螺杆在VERICUT软件中的加工仿真环境,实现了螺杆的加工仿真过程。该仿真可以在保证刀具轨迹的正确性的前提下,有效的避免干涉和碰撞,可以代替零件在实际加工中的试切过程,提高螺杆加工的效率和安全性,为变螺距螺杆的多轴数控加工提供了参考。     

钢铁侠5轴数控加工的工艺研究

介绍了钢铁侠产品在5轴加工中心整个的加工过程,从毛坯到夹具的设计最后到零件模型的实际加工的工艺流程,对钢铁侠部件的结构性分析,选用定轴加工策略,5轴联动策略,并选择仿真模拟软件,防止干涉碰撞,优化加工参数,对UG软件的可变轴轮廓铣所采用的相对于刀轴策略来加工,有效的解决的刀具跟5轴转台干涉。     

复杂曲面的五轴加工无干涉刀具路径生成技术研究

基于微分几何理论,对复杂曲面环形刀无干涉刀具路径生成算法进行研究,对复杂曲面进行曲面划分,在此基础上建立环形刀五轴加工模型,进行走刀步长、加工行距和相邻刀触点等的计算,并提出通过选择最佳刀具尺寸和改变刀具姿态进行干涉避免的方法.与其它环形刀刀具路径生成算法相比,本文提出的算法具有更高的准确性和可靠性.     

工件旋转与刀轴摆动数控加工关键技术研究

研究工件旋转与刀轴摆动五轴联动数控加工过程中,进给轴之间的协调、插补方式的选取、刀轴矢量与转角和摆角间的换算、刀位点从工件坐标系向工作坐标系转换的坐标变换关系、刀轴摆动导致基准点与刀位点之间的位置补偿、后处理器开发和刀位文件的后处理等关键技术,为多轴联动数控加工编程技术提供了参考.     

立铣刀磨削加工中进退刀方法研究

立铣刀在五轴刀具磨床加工过程中,容易出现由于进退刀路径设置不合理导致的毛坯与砂轮碰撞或进退刀路径过长。针对该问题,文章通过定义砂轮毛坯干涉检测坐标系,提出了进退刀安全位置、快速逼近位置和进退刀路径的优化计算方法,可以实现进退刀代码的自动添加。该方法适用于各种正交结构的五轴刀具磨床,提高了加工效率和安全性。基于上述方法,在C#平台上开发了一套刀具磨削加工进退刀处理软件,并在VERICUT7.3上进行了加工验证,结果显示了上述方法的可靠性和高效性。     

自由曲面数控加工智能选刀方法的研究与开发

由于自由曲面的几何复杂性,其数控加工的刀具干涉判别和刀具选取往往依靠数控机床编程工程师的经脸,致使加工的安全性、精度、效率及可靠性得不到有效保证.采用改进的遗传算法获取自由曲面的点云数据,在自主开发的系统中重构自由曲面.研究自由曲面加工刀位面生成的几何机理,根据刀具类型和几何尺寸,自动生成自由曲面数控加工的刀位面,可视化判别是否发生刀具干涉.将改进的快速排序算法应用到智能选刀模块,通过对常用类型和尺寸的刀具进行干涉排查,在避免干涉的前提下,智能选取最优化的加工刀具.对三种加工方案进行了测试,验证了智能选刀方法的正确性.     

叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究

叶轮叶面的制造质量直接影响其运行的效率、性能、流体动力稳定性、工作可靠性和使用寿命等.从具体叶轮零件结构与工艺性分析人手,通过叶轮叶面的三维建模和加工程序调试、仿真分析与刀具轨迹验证,研究叶轮数控加工策略和加工关键技术.经过分析叶轮零件的加工质量,明确了控制插补弦长、插补周期和进给速度、刀轨残留误差,可以控制五轴数控加工的误差,保证制造质量.以叶面造型的轴向截线为加工依据,解决了刀具切削间隔的计算和刀路轨迹的求解,并进行了仿真分析.实践证明:采用五轴数控加工中心对叶面进行截面法加工,避免了加工干涉,容易实现曲面间的光滑走刀,提高了叶片的加工效率和质量,降低了加工成本.     

整体叶轮五轴联动加工技术的研究与实践

为提高整体叶轮的加工质量,解决整体叶轮五轴联动加工程序编程复杂、验证困难,易出现干涉、碰刀等问题,文章在分析整体叶轮结构、加工难点的基础上,对机床的选用,工装夹具的确定,刀具的选择,CAD/CAM软件的确定以及加工工艺的规划等方面,进行深入研究与探讨。根据Mikron_UCP_800Duro机床技术参数,利用VERICUT多轴数控仿真软件平台,构建了虚拟的真实五轴联动数控机床的运行环境,实现了对叶轮各加工工序NC程序的正确性、可靠性的虚拟仿真与验证。最后,在Mikron_UCP_800Duro五轴加工中心上,完成了对整体叶轮的实体加工,无任何刀具干涉、碰撞等现象,加工精度满足性能要求,对类似的叶轮加工具有很好的借鉴作用。     

A-C双转台五轴机床数控加工安全性研究

针对A-C双转台五轴机床加工中的干涉、加工盲区问题,通过对数控加工中实际情况进行分析,从其产生原因入手,首先从CAM软件编程设置控制刀轴、计算夹具的安全高度抬升工件这两个方面避免刀具、刀柄或主轴部件与非加工部位发生干涉;然后通过A、C旋转角的优化规定A角度的取值为零或负值,解决了加工盲区问题;最后通过VERICUT软件仿真及实例加工验证了这3种方法对A-C双转台五轴机床加工中安全性的提升具有重要的实用价值。     

机器学习辅助下的五轴数控铣削刀轨优化

针对铣削加工过程中刀具挠度变形的自动补偿问题,提出了一种用于五轴数控加工的刀轨自优化方法。首先,该方法从铣削加工材料去除仿真中获得工艺条件,且将计算出的切削条件与相应的形状误差测量相关联;其次,采用基于统计学习理论的支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)来预测所产生的形状误差,并进行自优化和生成刀具路径;最后,在五轴CNC机床上进行了应用,且在两个凹腔处进行了测试。研究结果表明:该方法能够有效优化刀具路径,最大形状偏差从70μm减小到35μm,降低了50%。此外,该方法具有较好的知识可传递性。     

五轴数控三维曲线空间刀具姿态求取方法

针对中国眼镜厂商提出以三维曲线为驱动的眼镜框加工技术,设计了以五轴数控机床为目标机床的专用型CAM加工软件,提高了生产效率。根据五轴加工特点,计算刀具姿态向量成为实现三维曲线驱动CAM系统中的关键一步。通过两个规则来确定刀具姿态向量,运用参数方程法求取并优化计算过程,以得到刀触点处所需要的刀具姿态。应用该方法在CAM软件中生成每一刀触点的刀具姿态,并生成G代码,在目标机床上验证了该方法的可行性。     

圆环面刀五坐标铣削加工复杂曲面干涉避免研究

将圆环面铣刀等效为变直径平底铣刀,基于圆环面铣刀有效切削轮廓曲率与刀触点曲面法曲率匹配,初定刀具姿态,再利用通过圆环面刀圆角中心线的圆柱面与曲面等距面求交,推导了交线上各点坐标的计算公式。利用交线上干涉点数据,计算并调整刀具姿态,避免切削刃后缘和侧缘过切被加工表面,消除瓶颈干涉。此方法比起用刀触点曲率半径计算并消除瓶颈干涉,是一种更全面、合理、可行的实用方法。