基于自由曲面有向Voronoi区域划分算法的机器人加工刀轴低摆振路径规划

针对自由曲面刀具路径规划中,刀轴摆动带来的振动影响加工质量的问题,提出有向Voronoi区域划分算法。基于该算法实现了刀轴运动优化的复杂自由曲面的区域划分,并光顺连接区域之间和区域内部的刀具路径,得到曲面整体实际可加工的刀具路径。应用该算法与UG不同路径规划的刀轴矢量变化进行了对比实验,结果显示刀轴矢量变化均值和累计值减少了30%,方差降低了近60,从而验证了该方法的刀轴矢量变化明显小于传统的对整个加工曲面的路径规划,可减小加工过程中的机械振动和冲击,保证加工刀轴姿态的稳定性,从而提高加工精度,减小对加工设备寿命的影响。利用工业机器人完成铣削实验,进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

用极坐标投影法产生自由曲面铣削刀具路径方法的研究

应用微分几何工具,计算自由曲面的法矢、主曲率及其极值。由于自由曲面多采用多轴加工,且应考虑干涉、刀具轨迹规划和切削行距的确定等问题,故提出用极坐标投影法获得刀轴矢量和干涉区域的方法,通过刀触点偏移一定矢量长度的方法,可以得出切削行距及刀具轨迹。通过获取刀轴矢量的平滑变化,提出了求取刀具路径的方法从而避免了刀具碰撞的发生。     

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。     

基于可视锥理论的五轴加工刀具碰撞检验方法

针对复杂曲面数控加工中刀具与工件的碰撞问题,提出一种基于可视锥理论的刀具碰撞检验方法。根据点的可视性特点推导点的可视锥算法,对任意采样点进行可视锥模型构建,通过刀轴矢量与可视锥的布尔运算判断刀具与工件的碰撞,由此计算刀轴避免碰撞时应转过的最小夹角,并对旋转后的新刀轴矢量是否在机床刀轴可加工范围内进行检验。通过将该方法应用于整体叶轮加工中,可快速检验出发生碰撞的区域并对刀轴矢量进行修正,有效地解决了刀具在数控加工中的碰撞检测问题,为刀具路径规划提供了有效的检验方法。     

鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法

鼓形铣刀使用其大弧度切削刃进行切削加工,不仅可以采用大步距加工而仍保持相同表面加工质量,还可以通过改变刀具与工件曲面的切触点在刀具切削刃的位置使刀具和刀柄远离工件,避免碰撞,因此鼓形铣刀特别适合叶盘类零件的叶片曲面加工。现有的光顺刀轴矢量规划方法多使用最短路径算法在机床旋转轴位置的可行空间中求解光顺的刀轴矢量序列。然而,最短路径算法需要把连续问题转化为离散问题求解,在可行空间中的采样间隔越小,所得刀轴矢量序列的质量越高,但计算时间会很长。因此提出了缩短最短路径算法求解光顺刀轴矢量序列的计算时间的方法,并提出了鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法,该方法同时考虑机床旋转轴和刀具刀尖点运动轨迹的光顺性。试验结果表明,该方法生成的刀具路径能够使机床轴运动平稳。     

鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法

鼓形铣刀使用其大弧度切削刃进行切削加工,不仅可以采用大步距加工而仍保持相同表面加工质量,还可以通过改变刀具与工件曲面的切触点在刀具切削刃的位置使刀具和刀柄远离工件,避免碰撞,因此鼓形铣刀特别适合叶盘类零件的叶片曲面加工。现有的光顺刀轴矢量规划方法多使用最短路径算法在机床旋转轴位置的可行空间中求解光顺的刀轴矢量序列。然而,最短路径算法需要把连续问题转化为离散问题求解,在可行空间中的采样间隔越小,所得刀轴矢量序列的质量越高,但计算时间会很长。因此提出了缩短最短路径算法求解光顺刀轴矢量序列的计算时间的方法,并提出了鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法,该方法同时考虑机床旋转轴和刀具刀尖点运动轨迹的光顺性。试验结果表明,该方法生成的刀具路径能够使机床轴运动平稳。     

自由曲面五轴加工刀轴矢量的运动学优化方法

针对五轴加工中刀轴矢量变化过大导致加工误差较大和破坏零件表面加工质量的问题,提出采用运动学方法优化刀轴矢量。建立机床的运动学约束条件,并由此确定机床转动角速度可达区域作为刀轴矢量优化的约束条件。针对选定结构的机床,结合平底刀加工不发生过切的充要条件和被加工曲面沿行距方向的法曲率,给出初始后跟角的自动计算方法,并指出机床转动角度的变化相对于后跟角的变化是单调的。在得出切触点无干涉区域与机床转动角速度可达区域的基础上,从两个区域的交集中选取优化的刀轴矢量。如果两个区域的交集为空,则调整该点之前切触点的刀轴,从而使交集不为空。算例分析表明,所提出的运动学优化方法合理可行,能够使刀轴矢量变化均匀,充分发挥机床的性能。     

离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。     

曲面高阶切触分析及其在曲面加工刀位规划中的应用

针对自由曲面五轴加工的刀位规划问题,提出回转刀具二次曲面与自由曲面切触时刀轴矢量的计算方法。通过分析曲面间高阶切触性质,建立了曲面切触阶与曲面几何不变量之间的对应关系;通过建立回转刀具加工自由曲面的运动学模型,推导出在离散刀位处刀具包络面与自由曲面二阶切触时的刀轴倾角函数关系,并解析求解该状态下的刀具姿态方程。加工实例表明,该模型能很好地描述刀具包络面与自由曲面间的切触关系,并保证加工过程中刀轴矢量变化的平稳顺滑性,从而获得较高的加工表面质量。     

基于曲面划分的刀具路径规划设计

常规刀具路径规划算法在复杂曲面上较难得到高效的刀路。采用区域划分的方法提出了一个较高效的刀具路径规划算法。该算法先根据曲面离散曲率点阵来划分曲面,划分后的子曲面形状类似于直纹面,子曲面经过边界简化再生成刀具路径。实验结果表明,该算法产生的总路径较短,能有效提高复杂曲面的加工效率。