弧面凸轮侧铣加工刀轨的空间线性回归分析

为减小弧面凸轮非等径加工存在的法矢异向误差,根据空间线性回归算法的NURBS直纹面生成原理,寻求加工误差最小的刀轴矢量,进行初步拟合。通过迭代逼近减小初始刀轴矢量误差,将刀轴作为NURBS直纹面母线来重构理论刀轴回归轨迹面。利用最小二乘法进行进一步优化,建立了弧面凸轮侧铣加工刀轨误差优化模型,提出了求解该优化模型的一种实数编码的人工免疫算法。以左旋弧面凸轮进行矢量数值计算和仿真,验证了该算法的有效性。     

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。     

薄壁叶片侧铣变形误差补偿及刀位规划研究

刀位规划中的原理性误差和加工过程中的变形误差,是薄壁叶片侧铣加工时最重要的误差来源。通过变形误差建模分析,将其引入侧铣加工刀具路径优化模型,提出了一种侧铣变形误差补偿及刀位规划的新方法。该方法适用于直纹面和类直纹面薄壁叶片侧铣加工,并能生成综合误差最小的刀具路径轨迹。仿真实例表明,相对于传统的刀位规划-变形补偿策略,该方法计算出的误差更加准确有效,从而提升了侧铣加工刀位规划的效率和可靠性。     

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。     

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。     

基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化

基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化原理,提出了拟合误差敏感点的选择方法,根据NURBS曲面重构的原理,将曲面曲率最值点和拟合误差最大点定义为理论加工刀轨曲面误差敏感点。利用曲率敏感点,在理论非等径刀轨曲面规划离散网格,得到初始数据点。通过最小二乘优化方法重构NURBS刀轨直纹面,再根据误差敏感点定义的等参数曲线来调整刀轨直纹面形状。构建了理论加工误差模型,并通过实例的仿真计算和数值模拟说明了该算法的有效性。     

非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法

针对非可展直纹面侧铣精加工刀轴矢量计算中存在的问题,基于侧铣加工误差几何模型分析了棒铣刀加工非可展直纹面误差的产生原因。在研究了两点偏置法和三点偏置法的基础上,围绕提高非可展直纹面类零件的加工精度,提出一种动点滑动并寻求最优的刀轴矢量计算方法,并且采用最小二乘法对刀位轨迹进一步优化。通过所建立的刀位优化算法得到的刀轴矢量可使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小,最终得到整体最优的刀位轨迹。用所提方法与已有方法进行加工试验比较,并对加工误差分布进行分析可得,侧向偏置法所产生的加工误差明显低于已有方法,提高了加工精度。所采用的优化方法和数据处理结果可以为非可展直纹面侧铣加工提供一定的参考依据。     

圆柱刀五轴数控侧铣直纹面的直线插补误差分析

在五轴联动数控系统中,相邻刀位点间的运动通过直线、圆弧或样条曲线进行插补运动,其中直线插补方法最具典型性。以圆柱刀侧铣加工直纹面时因线性插补引起的非线性误差为研究对象,首先,在被加工曲面上采用最佳一致逼近法规划圆柱刀侧铣直纹面的刀具位置;然后,利用包络原理建立刀具线性插补时所形成的包络面解析表达式;以理想曲面为基准面,利用牛顿迭代法求取点到曲面的最小距离,从而建立刀具包络面与理论曲面的误差模型,以此得到刀具线性插补时产生的非线性误差;最后,利用MATLAB软件通过数值算例对影响非线性误差的规律、大小以及其影响因素进行了分析。     

基于切触点高斯过程的直纹面侧铣可靠度分析

针对不确定因素导致直纹面侧铣精度预测困难及计算效率低的问题,提出了基于刀具切触点GP模型的直纹面侧铣可靠度分析方法。首先在高斯随机过程描述中引入驱动误差和参数不确定性的刀具切触点坐标误差,然后基于某型机床的误差传递模型,利用多体理论构建直纹面侧铣加工的精度分析模型;通过带有随机常数Zi的确定函数的线性组合方式,简化模型的输入变量,并根据重要性指标和精度指标选择有用样本和更新模型;最后基于更新模型采用蒙特卡洛法获得加工精度可靠度。实验结果表明,所提方法准确预测了加工精度变化趋势,具有较高的计算效率和预测精度,为直纹面侧铣精度预测提供了有效的方法。     

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。     

基于解析法的整体式叶轮侧铣高精加工技术

提出了加工非可展直纹面刀轴矢量的解析解法,给出了解析解法的加工误差,并将其与“R偏置法”的侧铣加工方法的误差进行了比较。计算结果证明,该方法减小了理论误差。应用MATLAB绘制了依据该方法计算出的叶片刀轴轨迹。最后,通过数控加工试验验证了所提出方法的正确性。加工结果表明,加工误差在允许加工误差范围内,叶轮加工表面质量好。     

整体叶轮五轴侧铣刀位优化新算法与误差分析

为提高整体叶轮数控侧铣加工的精度和效率,分析厂锥形球头铣刀包络面与刀轴轨迹面之间的关系,提出了一种不可展直纹曲面五轴数控侧铣刀位优化的新算法.该算法首先利用两点偏置法确定圆柱刀初始刀位,然后通过刀轴旋转半锥角得到锥刀初始刀位,最后以刀具包络面与设计曲面间的极差最小为优化目标.采用刀轴上三点优化初始刀位.针对锥刀侧铣加工编程误差计算复杂问题,建立了一种编程误差计算新方法,并成功应用于整体叶轮的锥刀编程误差计算.通过数控加工仿真实例、实际加工试验和编程误差综合对比分析证明,所建立的刀位计算优化新算法正确有效,可显著减小编程误差.     

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。     

开式整体叶盘四坐标侧铣开槽粗加工轨迹规划

为了提高开式整体叶盘的粗加工稳定性，在粗加工阶段，提出采用将自由曲面蜕变为直纹面的方式简化开式整体叶盘通道开槽加工的难度，实现稳定切削。讨论了直纹面逼近自由曲面的算法，提出了一种新的刀轴矢量计算方法，并基于直纹面给出了开式整体叶片通道四坐标侧铣粗加工数控编程方法，规划出了无干涉的刀位轨迹。实例验证表明，采用该方法可快速有效地实现开式整体叶盘的开槽粗加工，并可提高开式整体叶盘加工中的稳定性。     

Non-redundant tool trajectory generation for surface finish machining based on geodesic curvature matching

The increasing complexity of surface has put forward higher demands for CNC machining trajectory generation. The constant scallop height method has the disadvantage of point redundancy during trajectory discretization. Therefore, a non-redundant tool trajectory generation method for surface finish machining is put forward. The cutting row spacing is determined by the geodesic curvature according to scallop height and the convexity or concavity of the local surfaces. The adjacent cutter contact (CC) points with constant scallop height are expressed point by point from the present CC point. The redundant points are removed by maximizing each cutting step length through making the chord error equal to the machining allowable error. The dual NURBS ruled surface is constructed to realize smooth transition of the tool trajectories and tool axis vector. The prototype system taking ACIS R13 and HOOPS V11.0 as modeling kernel has been developed to verify the proposed method. The experiment results proved that the proposed method can realize non-redundant tool trajectory considering tool interference during surface finish machining.     

基于Pro/E的空间分度凸轮精确建模与加工

建立了空间分度凸轮的从动滚子中心线轨迹方程,利用Pro/Engineer软件提供的“方程式”和“加厚”功能,生成凸轮的理论廓线,实现了空间分度凸轮的三维数字化精确建模.采用Pro/NC模块的4轴轨迹加工方式对凸轮沟槽进行数控加工与模拟,提高了空间分度凸轮数控加工的精度和效率.     

Optimising positioning of the axis of a milling cutter on an offset surface by geometric error minimisation

This article covers side milling of ruled surfaces using a milling cutter. Flank milling is useful for machining objects such as impellers, turbine blades, fan vanes and all workpieces defined by nondevelopable ruled surfaces. In the present article, we first introduce a new approach to positioning for side milling of ruled surfaces. The reasoning adopted is based on improved positioning as developed within the Toulouse Mechanical Engineering Laboratory. Having defined the offset surface of a ruled surface, we shall study various positionings of the milling cutter’s axis on this offset surface. We shall then perform a comparative study into geometrics errors caused by these different positionings, before going on to propose error processing by adopting various criteria for minimisation that will then be subjected to comparison.     

整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.     

基于有向图的刀轴矢量优化研究

针对球头铣刀的五轴数控加工,提出了一种基于有向图的刀轴矢量优化方法。根据刀轴矢量数据量大的特点,提出了建立刀轴矢量有向图的最小优化模型和算法。该方法能获得全局刀轴矢量变化量最小的刀轴矢量序列,将可行域边界上的刀轴矢量加入到有向图的计算中,提高了算法的计算效率。仿真分析表明,该方法优化了刀轴矢量的连续性和光顺性,对于最佳刀具姿态在可行域边界上的加工具有一定的适用性。