深型腔模具精密加工技术的研究与实现

针对淬硬工具钢切削性能差、深型腔模具加工廓形精度不易保证等问题,提出了一种深型腔模具精密高速加工工艺优化技术.该技术根据构建的加工刀轨长度以及刀具悬伸长度与型腔加工廓形误差之间的数学模型,计算随加工刀轨长度变化的廓形误差值,设计瞬时的螺旋线加工刀轨,运用曲线过渡法,生成了适合深型腔模具精密高速加工的优化刀轨.基于米克朗Duro800高速加工机床,对内星轮模具型腔进行精密加工,结果表明,加工精度可提高IT1～2级,表面粗糙度Ra≤0.8.     

STEP-NC控制器及其刀轨规划方法研究

为实现产品模型数据交换标准-数控程序在传统数控机床上的应用，提出了产品模型数据交换标准-数控程序的刀轨规划方法。首先，概述了产品模型数据交换标准-数控程序控制器的类型及其3大核心功能模块，分析和研究了刀轨规划过程中坐标系转换问题，给出了利用产品模型数据交换标准-数控程序实体索引映射表规划加工特征刀轨的方法和步骤，着重分析了平面和型腔两个加工特征的加工策略，并基于上述方法给出了具体的规划方法流程图。最后，结合一个基于平面、孔和型腔3个加工特征的产品模型数据交换标准-数控程序实例，将所规划出的G代码程序在配备开放式数控系统HITCNC的3轴数控铣床上进行实际加工，实验结果证明，该刀轨规划方法是正确可行的，并具有一定的通用性。     

离散点云等残留高度数控加工刀轨生成方法

为了最大化刀轨行间距,从而减少刀轨总长度,针对离散点云提出了一种等残留高度刀轨生成方法。提出以点云局部轮廓点集直接生成残留高度点的迭代计算方法,再根据残留高度点和点云局部点集迭代计算出下一行等残留高度刀位点,从而获得等残留高度刀轨。算法无需点云等距或曲面重构,为了提高算法效率,提出了算法所需数据初值的优化计算方法。最后对典型的点云模型生成刀轨,与等行距刀轨相比,提出的算法生成的等残留高度刀轨总长度大幅减少,验证了算法的可行性和有效性。     

均匀偏置型腔加工残留区域分析

模具型腔平面铣削加工过程中,第一次加工采用两倍刀具半径均匀偏置型腔轮廓得到粗加工刀轨,然后对加工后残留区域进行分析,在不换刀的情况下先对刀轨之间的残留区域进行补加工,再换半径较小的刀具对轮廓边界拐角和轮廓与岛屿之间残留区域进行加工,生成加工刀轨。该方法大大提高了加工效率。     

高速铣削刀轨优化技术的研究

针对高速铣削的特点和编程要求 ,提出了适合高速铣削的粗精加工刀轨优化算法。这些算法主要解决了型腔和轮廓加工刀轨的合理规划和进刀方式的选取 ,运用这些算法可以自动生成光滑C1连续的高速加工无干涉刀轨。仿真结果表明 ,加工表面无过切。经测试 ,算法运算速度快、可靠性好     

平面型腔平行双向刀具轨迹的优化生成

分析了对平面型腔进行平行双向走刀加工时影响抬刀次数的因素，确定了最大抬刀次数与被加工区域几何形状的关系。在确定了交点加入刀具轨迹的原则后，提出了一种能简单、高效地生成平行双向刀具轨迹的交点判断加入算法。最后给出了实际的程序运行实例。     

三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成算法

为了解决三角Bézier曲面精加工刀轨生成效率低以及存在的刀轨干涉等问题,提出一种基于三角Bézier曲面的数控精加工刀轨快速生成算法,该算法引入动态索引组织三角Bézier面片的拓扑近邻关系,基于该索引快速获取与刀轨截平面相交的三角Bézier面片集,对其中任一相交面片进行初始交点迭代计算,从初始交点开始跟踪迭代获取跨越三角Bézier面片的完整交线,将获得的有序交线各端点作为刀触点获取相应刀位点,依据刀触点处曲面法矢与刀杆矢量的关系快速确定可能存在干涉的区域,进而对干涉区域刀位点进行调整获取无干涉刀位点,顺次连接各刀位点生成数控加工刀轨,实例证明该算法可对任意复杂三角Bézier曲面精确、快速生成数控加工刀轨,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

自由曲面五轴变步长数控加工刀轨生成方法

为了在满足逼近误差要求的同时最大程度减少冗余刀轨,对自由曲面提出了一种五轴变步长数控加工刀轨生成方法。首先对刀触点轨迹基于线性误差计算出初始刀触点点集,再以局部干涉调整前倾角的方式计算出无干涉刀位点和刀轴矢量;以最大非线性误差刀位处到刀触点轨迹的最小值作为相邻刀位点之间的逼近误差,并基于数据点自适应离散法计算逼近误差;在满足逼近误差要求的前提下,通过刀触点参数迭代增减步长的方式计算出最大步长;最后对曲面生成刀轨,验证了算法的可行性和有效性。     

型腔边界拐角精加工刀轨生成算法的研究

在识别粗加工余料区域的基础上,从均匀径向切削深度、平滑刀轨路径等方面考虑,研究并实现了型腔边界拐角处的精加工刀轨生成算法。采用将拐角区域加工分为多个循环进行渐进切削的策略,可减小径向切深。同时,每一切削循环内切削段和空程刀轨段、各循环之间均采用圆弧过渡,刀轨路径满足一阶连续,从而可减小切削力的变化幅度和方向突变,提高加工精度。     

单参数平底刀底刃加工叶片进排气边刀位优化算法

使用平底刀底刃加工叶片进排气边能够获得更大的行宽,从而提升叶片制造效率.但现有的该类算法所生成刀轨的光顺性不能满足加工要求,加工过程中颤振严重,零件加工质量不达标且存在损坏机床的风险.本文提出了能够满足刀轨光顺性要求的单参数平底刀具底刃加工进排气边刀位优化算法,且相比于同类算法该算法能够保证更大的行宽.基于对偏航角与刀具定位点参数对行宽作用的一致性的分析,降低了刀位参数优化空间维度,将原始刀位优化过程转化为单参数刀位优化过程,优化参数为刀具定位点参数.此外,确定了统一刀具定位点参数的优化策略.在相同条件下,本文算法所生成刀轨的各轴加速度变化幅度至少降低至现有算法的12％.对某航空发动机薄厚可调叶片排气边进行试切,被加工区域无颤振刀纹,满足加工要求,验证了该算法在提高刀轨光顺性上的有效性.     

复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。     

航空发动机叶片5轴联动铣削加工刀路规划方法

针对航空发动机叶片形状复杂、加工精度高的特点,在ACIS几何平台上采用截平面法进行刀轨规划,变步长法控制加工精度,刀轴矢量自动调整法避免干涉,反变形补偿法控制加工变形,实现了叶片主面及阻尼台无干涉加工,并开发了航空发动机叶片五轴铣削加工计算机辅助软件.与通用CAM软件相比,该软件具有针对性强、操作简单、走刀路径更优化、对阻尼台的加工处理更方便等优势.     

NC machining of free-form Kriging surfaces

An algorithm for three-axis NC tool path generation on sculptured surfaces is introduced when the free-form surface is modeled parametrically by free-form surface Kriging. The flexibility of dual Kriging that easily defines the intersection of the surfaces with a set of parallel planes and Cartesian method are combined to generate the tool-paths automatically. The presented algorithm can simultaneously generate the tool path with a predefined machining accuracy and remove gougings along the tool path. The algorithms are validated by three experiments in rough and finish machining and the results prove its reliability. Since Kriging is based on the interpolation of data points, the proposed algorithm can be used for reverse engineering applications. The system was executed on a standard micro-computer and the software was structured to offer a library of machining functions for endusers.     

补加工技术在CAXA中的研究与应用

曲面交线、曲面凹陷处及等高线加工中平坦面的补加工是曲面加工的难点.对CAXA制造工程师的4种补加工方法进行了理论分析,探讨了其刀具轨迹生成算法,并给出了区域式补加工和等高线精加工中平坦部补加工的应用实例.     

自由曲面数控加工刀具轨迹映射算法

对自由曲面的数控加工,寻求最优的刀具轨迹生成方法至关重要。本文基于开源3D库Open CASCADE(OCC)和编程开发环境Microsoft Visual Studio 2010(VS2010),应用B样条表达的自由曲面,采用“投影法”思想,研究“重用已有相似刀具路径”方法,提出了处理自由曲面的NC刀具轨迹映射算法。为了验证算法的有效性和可行性,实验建立5类自由曲面,启动设计的轨迹映射算法,输出曲面的NC加工轨迹质量可以满足设计要求,实现了刀具轨迹的重用。     

Automatic generation of an NC machining tool-path for a 3D curve based on polar coordinates

A new tool path generation method is presented for tool radius compensation to deal with 3D curves machining on polar coordinates. An algorithm is suggested that consists of interference correcting, undercut region avoiding, and initial interference-free tool path generating. At the beginning, the numerical copy-milling machining data of the shoe last is introduced. Aside from a theoretical analysis, the feasibility of the method is demonstrated by machining a shoe last on the copy-milling machine controlled with an in-house-developed open architecture CNC. This algorithm is very practical for the space curve turning machining.     

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。     

自由曲面数控加工路径规划的研究

论述了自由曲面数控加工路径规划对加工效率的影响,讨论了目前刀具轨迹算法的优缺点。针对自由曲面走刀方向数控加工的研究,建立了简化的刀具轨迹时间模型,并对路径规划的系统进行了讨论。     

数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法研究

针对数控车削加工的特点，提出了刀具轨迹自动生成的算法，经过实际应用有，该算法稳定可靠，使用效果良好。