螺旋面数控加工刀具运动轨迹计算方法研究

在数控机床上加工螺旋面多采用平面啮合理论,但实际在工件表面的切削轨迹为空间曲线,针对平面编程方法存在不可消除的理论误差,对截面包络法数控加工螺旋面时刀触点和刀具运动轨迹进行研究,提出一种新的计算刀触点"最小有向距离算法"的理论并进行论证.     

复杂曲面几何仿真与误差分析

针对复杂曲面数控加工中加工误差进行了研究,分析了各种铣刀的几何特征,归纳出一种用参数表示的通用铣刀模型,并以通用铣刀模型为基础,结合复杂曲面的包络法数控加工原理,给出了一种基于啮合基本定理的点接触包络加工表面的几何仿真算法.利用几何仿真的计算结果,分析复杂曲面加工中的法向误差,该仿真算法把复杂的仿真问题转化成了非线性方程组的求解问题,从而使仿真过程得到简化,对于提高数控编程精度具有重要意义.还以截面包络法数控加工螺旋面为例,验证了该仿真算法,并分析了螺杆加工精度.     

平面包络环面蜗轮数控加工编程与仿真研究

提出了平面包络环面蜗轮四轴数控加工工艺方案.具体利用matlab和UG及其开发平台、VC＋＋和VERICUT对平面包络环面蜗轮四轴数控加工编程的刀轨算法及后置处理器的开发、加工仿真等关键技术进行了研究,最后通过加工仿真实例验证了平面包络环面蜗轮四轴数控加工工艺方案的可行性和有效性.     

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.     

开式整体叶盘鼓形刀叶片精加工刀路规划研究

整体叶盘叶片精加工是决定整体叶盘质量的重要因素。针对开式整体叶盘叶片精加工切削刀路长和加工效率低的问题,首先分析了鼓形刀刀位轨迹规划的基本原理,然后给出了相邻切削行之间残留高度的计算方法,提出了鼓形刀叶片精加工基于切触点规划及刀轴优化的方法。该方法首先通过求交法确定切削面上的切触点,然后调整刀具姿态并进行干涉检查,确定每个刀位的无干涉刀轴姿态,即在可行域内优化得到最佳刀轴。将该方法集成到整体叶盘五轴数控加工编程软件UltraCAM中,经过数控编程、仿真分析及试切加工表明,使用鼓形刀进行叶片精加工,在相同残留高度的情况下,刀路数明显减少,刀路光顺,仿真过程中无刀具干涉,刀轴变化平稳,提高了加工效率,可应用于实际加工。     

异形螺杆的铣磨复合加工原理

针对异形螺杆加工中存在的表面质量差问题,提出了一种基于无瞬心包络法的异形螺杆铣磨复合加工方法。在对无瞬心包络理论研究的基础上,首先,建立盘形铣刀与异形螺杆之间的包络运动关系,得到盘形铣刀包络铣削异形螺杆的刀触点计算方法;其次,从成形磨削的啮合原理出发,从成形砂轮与异形螺杆之间的空间啮合关系,求解空间接触曲线,并推导出成形砂轮磨削异形螺杆的砂轮廓形计算方法;最后,通过仿真切削加工验证了无瞬心包络铣削法的刀路轨迹和成形砂轮廓形计算的正确性。     

圆柱包络法形成的单螺杆压缩机啮合区的研究

根据螺杆压缩机啮合机理,建立了圆柱包络螺杆转子的数学模型,利用编程软件求解圆柱包络单螺杆转子的啮合点,并绘制了侧面和底面的啮合区图,为星轮几何尺寸的设计确定提供了依据。分析了圆柱包络所形成的三啮合区,并研究了槽底与星轮齿顶啮合时的间隙情况。最后根据研究结果,利用五坐标数控机床加工出了符合要求的螺杆转子工件。     

MasterCAM五轴加工典型编程策略应用及分析

探讨在应用MasterCAM软件进行五轴数控加工编程时如何根据不同的零件几何形状特征选择相应的编程策略,设置合理的刀轴矢量控制方式和刀具倾斜形式。分析多面体零件定向加工、曲面弯管加工和区域曲面加工等典型编程策略的特点和对应的刀轴矢量控制方法,以及MasterCAM五轴数控加工编程的机床结构种类参数设定方法。     

曲面笔式加工刀位点曲线的实时拟合

针对曲面高速高精度加工问题,给出一种刀位点轨迹实时生成算法。该方法的实现包括曲面上离散刀触点的生成和基于三次非均匀B样条曲线的刀位点轨迹实时高精度拟合两部分。第一部分,由导动曲线和刀触点轨迹的运动学关系,通过计算导动曲线参数,间接得到投影在曲面上的离散刀触点;第二部分,通过合理参数化、构建模长因子等实现刀位点参数曲线的分段实时拟合。仿真实例表明该算法简单易于编程,曲线拟合精度高,适用于自由曲面笔式加工中刀具路径计算与生成,从而满足复杂曲面高性能数控加工需求。     

考虑机床几何误差的球头刀三坐标NC铣削刀位控制

机床的各种误差是影响机床加工精度的重要因素,其中机床几何误差是主要的误差来源之一。为消除机床几何误差对加工精度的影响,以球头刀三坐标数控(numerical control,NC)铣削加工为研究背景,基于齐次坐标变换理论与刚体运动学方法,结合机床运动链拓扑结构分析,将机床几何误差映射到球头刀刀心的位置误差上。根据球头刀铣削工件表面成形原理,考虑机床几何误差与球头刀刀心位置间的映射关系,构建出刀心曲面与工件表面/设计曲面之间的正逆向计算模型。通过该模型求解出消除机床几何误差的编程刀心曲面,将该曲面导入CAM软件,即可获得消除机床几何误差的NC加工程序。通过曲面实例进行计算和仿真,佐证了该方法的可行性。     

类回转体曲面数控加工刀位轨迹规划

针对类回转体曲面高速进给数控加工,提出螺旋线驱动方式下圆环刀具加工轨迹的规划方法。构造螺旋线作为类回转体曲面的导动线,根据曲面上已知接触点轨迹的切线方向估算后续导动点对应的初始接触点。计算初始接触点处圆环刀具的刀心位置,再计算初始刀心位置与后续导动点对应的目标刀位点分别在圆周方向以及轴向的距离差值,利用相邻刀位点与相邻接触点存在的准相似关系,得到接近目标接触点的搜索方向和步长,经过迭代得到目标接触点和刀位点。在分析接触点处曲面曲率和圆环刀曲率的基础上,给出圆环刀加工误差计算方法。将所提出的算法用于鞋楦的五轴数控轨迹规划中,计算结果表明,该算法搜索效率较高,具有理论和实际应用价值,并通过鞋楦的五轴数控加工试验验证了算法的有效性。     

Cutting errors analysis for spindle-tilting type 5-axis NC machines

Current computer-aided manufacturing (CAM) systems generate cutter contact points (CC points), cutter location points (CL points) and cutter orientation angles (CO angles) based only on the sculptured surface geometry. However, under certain situations, the cutting errors of 5-axis NC machines are larger than expected using these CC, CL and CO data. It is shown in this paper that the cutting error depends on the structures of 5-axis NC machines as well as the surface geometry. A new algorithm has been developed to estimate the cutting error and calculate the maximum allowable step length for spindle-tilting type 5-axis NC machines. Simulation results show that the new algorithm provides better estimation on the cutting errors for spindle-tilting type 5-axis NC machines.     

An accurate surface error optimization for five-axis machining of freeform surfaces

This paper presents an accurate surface error interpolation algorithm for five-axis machining of freeform surfaces. One of the most important steps in the interpolation process is to calculate the next cutter contact (CC) point according to the present one. In this paper, the next CC point is calculated by an accurate chord evaluation method. This method is developed based on the cutting simulation process, which can be vividly described as firstly planting dense grasses on the tool path curve and then cutting them when the tool moves by. The left lengths of the grasses either positive or negative are considered to be the machining error. The method is accurate also because the tool geometry and the tool orientation changes during five-axis machining are taken into consideration. With this method, the chord errors between CC points are controlled uniform along the tool path. The proposed interpolation algorithm is compared with the commercial CAM systems like PowerMILL and UG. The results show that the proposed algorithm can significantly reduce the number of cutter locations meanwhile confine the chord error. A real cutting experiment is implemented, and the result indicates its promising value in industrial applications.     

五轴NC加工干涉检查与避免算法研究

利用刀具刃口回转面在两刀位点间运动形成的包络面方程与CAD模型面求交来实现五轴NC加工中干涉的判断与检验，依据检验结果对干涉进行处理，从而避免实际加工时干涉的发生。该方法考虑了刀具运动路径上全部刀位点的刀具与工件的位置关系，因而能够实现刀位轨迹全过程的干涉检验，避免了加工时对局部型面的破坏，有利于改善加工零件的表面质量。实际计算验证了该方法的可行性和实用性，具有一定的理论和实际意义。     

汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工刀轴矢量插值

为了解决汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工时刀轴矢量频繁变换造成冲击或发生干涉等问题，提出一种刀轴矢量插值方法。根据被加工曲面的几何形状和误差要求确定刀触点，根据被加工曲面的微分几何性质确定刀轴矢量的后跟角和摆转角。在已确定刀触点处的刀轴矢量的基础上，采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀。以货车前挡风玻璃钢化风栅成形器的一个拼镶块工作表面和风栅孔五轴NC加工为例进行仿真。结果表明，该刀轴矢量光顺方法可以避免刀轴方向频繁变换，同时也可有效地提高加工精度。     

多自由度包络铣削异形螺杆接触迹分析

阐述了无瞬心包络法加工异形螺杆的工艺方法周向包络法。依据联动控制的轴数不同,分析了三自由度刀具毫安装角和四自由度刀具变安装角数控包络铣削螺杆的运动控制。通过对两种运动控制加工方式的比较,研究盘铣刀无瞬心包络加工异形螺杆其刀具安装角及其刀尖圆角半径变化对接触迹的影响规律,揭示了刀具变安装角加工方式和不同刀尖圆角半径对接触迹影响程度。以便选择合适的加工刀具及其安装角,利于提高螺杆加工的质量和效率。     

汽车车窗密封条辊压辊轮的数控加工

通过分析汽车密封条辊压辊轮的加工特点 ,提出采用PCBN刀具以车带磨实现辊轮复杂型面数控加工的工艺方案 ,介绍了辊轮数控加工的程序编制及加工模拟     

整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成

研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术.根据鼓形刀具的几何特点,设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法,开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块.通过算例,证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的,与球头刀相比,对于同样的残留高度,可以增大加工行距,使刀轨长度变短,可提高整体叶轮数控加工的效率.     

弧面分度凸轮的非等径数控加工自动编程

弧面分度凸轮廓形的非等径加工自动编程,能够及时有效地补偿刀具尺寸的变化,保证加工精度,降低刀具费用.文章介绍了在三轴联动数控机床上加工弧面分度凸轮时,非等径加工刀具轴线的确定、编程坐标换算和自动编程应用程序框架,并给出了非等径加工程序实例.     

混联数控机床虚拟加工系统的研究与开发

针对混联机床加工过程中干涉检查、空间刀具半径补偿及编程难等问题,分析了混联机床运动学逆解,提出了一种空间任意面内的刀具半径补偿方法,给出了干涉检查的判断条件。以V is-ual C++为开发环境,应用AutoCAD二次开发工具ObjectARX,建立了由NC代码驱动的混联数控机床加工仿真系统,实现了以真实加工条件为依据的加工过程实时动态模拟,预估加工的过程和结果,为检查NC代码的正确性提供了可靠的依据。