侧铣加工中铣刀形状和运动路径的求解

研究五轴联动数控机床侧铣加工中铣刀的形状确定和运动路径的规划问题.利用旋转曲面铣刀和设计曲面呈相切关系的事实,将一个铣刀的刚体运动描述为一个带约束的优化问题并给出求解方法.该方法以用户交互给出的一个线段作为铣刀轴的初始位置,通过计算铣刀的最优刚体运动生成一个轴线段的运动序列,并再通过对旋转曲面的经线做最小二乘拟合得到一个旋转曲面铣刀.实验结果表明,文中方法得到的刀具的运动生成的加工曲面与设计曲面具有较小的逼近误差,从而提供了一种铣刀运动路径优化算法的初始化方法,对提高已有路径优化算法的效率和结果的质量有重要作用.     

基于DG/K方法的成形铣刀设计模型

对广泛应用于曲面加工的成形铣刀设计困难的问题,基于DG?K方法,应用刀具展成面T和待加工曲面P在刀触点K的微小邻域内的一致率、曲面的包络和逆包络原理,以加工一个非共轴零件的特征曲面的成形铣刀设计为实例,建立了系统性的成形铣刀设计模型,包括待加工曲面P的数学模型、成形铣刀廓形的设计模型、螺旋刃口曲线数学模型以及实得沟槽曲面数学模型;并利用所建立的模型绘制铣刀螺旋刃口曲线和螺旋沟槽面的可视化图形,以验证该模型的正确性和可用性,为成形铣刀的设计提供一种理论方法和依据.     

数控加工无干涉刀具轨迹生成的偏置算法

提出了用偏置方法来检查复杂曲面ＮＣ加工的刀具干涉及生成相应的刀具轨迹。通过对加工曲面进行上包络偏置表面操作，以及边界曲线“保护表面”的引入和导动平面与加工曲面求交时出现的非唯一性问题的处理，可获得一种生成３轴ＮＣ加工无干涉刀具轨迹的通用算法。该方法实现简单，算法稳定，具有广泛的适用范围。     

复杂曲面五轴加工局部干涉处理技术研究

针对复杂曲面环形刀五轴数控加工中的局部干涉问题,提出了一种基于曲 率匹配及网格点的干涉处理技术。首先,利用曲率匹配原则选出合理的刀具半径,以保证在 切触点处沿任何方向上刀具与被加工曲面之间不会发生干涉,然后在各个切触点处通过比较 刀具曲面最小主曲率与加工曲面最大主曲率确定出刀具的初始倾角。为了判断切触点邻近区 域是否存在干涉问题,采用了网格点来快速自动生成检测区域及初始检测点。文中对有效检 测点的筛选以及干涉的判断和处理技术分别进行了详细论述。最后,以非均匀有理B 样条 曲面为加工实例,对上述算法进行了测试和验证。     

UCP710五轴机床中的坐标转换

5轴机床是在3轴机床的基础上增加了两个旋转轴,当旋转轴和平移轴作复合运动时,能使刀具和工件曲面始终保持一个固定的夹角,因此,在加工曲面时5轴机床能加工出很光滑的表面。由于旋转轴运动存在,工件在机床坐标系中的位置随时在发生变化,这使得5轴机床的数控编程比3轴机床复杂的     

基于复杂曲面分片建模的五坐标加工路径规划

采用曲面分片思想建立复杂参数曲面模型并进行了曲面特征分析。在曲面片域内基于环形铣刀几何特征的一般性,进行了精度误差分析,建立了等波高刀具路径规划策略,使刀具姿态随工件曲面的曲率而变化,并完成曲面片间的光顺整合。基于该分片算法,可有效改善复杂曲面的加工质量并能积极预防刀具与工件的干涉。     

数控加工中刀具补偿的应用

在数控机床的加工过程中,可以清楚看出刀具（或电极丝、激光等,以下统称为刀具）中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合,这是因为工件轮廓是刀具以运动包络的方式形成的。刀具的中心（底端面与轴线相交点）称为刀具的刀位点,刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。     

在GPU上实现基于高斯映射的通用刀具扫描体建模

以针对数控加工仿真的需要,以高斯映射理论为基础、GPU为主要硬件平台,提出一种基于并行计算的快速通用刀具空间扫描体建模方法.首先结合通用刀具的数学模型,利用高斯映射理论分析刀具平动时的扫描体建模原理;然后分析刀具做任意空间运动时的刀具表面点法向量和对应的接触映射,推导求解扫描体包络边界的表达式;再根据GPU上的通用计算方法和GPU图形绘制管线设计基于GPU实现刀具空间扫描体建模的算法流程,并利用C++、Open GL和Open GL着色语言GLSL实现了该方法.通过刀具扫描体建模实例,验证了文中方法的正确性与实时性.     

基于Z-map模型的自由曲面无干涉刀具轨迹生成算法研究

刀具轨迹生成是自由曲面零件数控加工中重要的研究内容.本文分析了自由曲面数控加工中常用的刀具轨迹生成策略和方法,设计和实现了一种基于Z-map结构的自由曲面无干涉刀具轨迹生成算法.本算法采用进化算法进行刀具干涉检测,不仅解决了生成刀具轨迹时因走刀步长不合理而产生的过切问题,而且也确保了生成的刀具轨迹为无干涉刀具轨迹.     

平底刀底面加工叶片进排气边

平底刀加工叶片进排气边的传统方法以刀具侧刃切削工件,由于叶片进排气边处曲 面沿着截型线切线方向曲率半径较小,当走刀方向沿着截型线切向时,加工带宽较小。对影响凸 曲面加工带宽的因素进行研究发现,使用平底刀底面进行切削可以提高叶片进排气边处加工带 宽,由此提出了用平底刀底面加工进排气边的刀具定位方法,通过优化两个刀具定位参数使加工 带宽达到最大。以某航空发动机叶片进排气边为例进行仿真加工,结果表明该方法可有效增大叶 片进排气边处的加工带宽。     

数控铣削加工中刀具半径补偿的有关问题

在数控铣床上进行工件轮廓的数控铣削加工时,由于存在刀具半径,使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合.如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能,则只能按刀心轨迹,即在编程时给出刀具的中心轨迹,如图1所示的点划线轨迹进行编程.其计算相当复杂,尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时,必须重新计算刀心轨迹,并修改程序.这样既复杂繁锁,又不易保证加工精度.当数控系统具备刀具半径补偿功能时,数控程序只需按工件轮廓编写,加工时数控系统会自动计算刀心轨迹,使刀具偏离工件轮廓一个半径值,即进行刀具半径补偿.     

插值边界曲线的NURBS 近似极小曲面设计

探索性地设计了一个插值给定边界曲线的NURBS 近似极小曲面算法,弥补了当前NURBS 系统无法有效地设计工程所急需的一般NURBS 极小曲面的缺陷.运用NURBS 曲面的节点插入、Hybrid 多项式逼近等多种技术,将NURBS 曲面转化为相对简单的分片Bézier 曲面求解,并运用各子曲面片的控制顶点优化、整体曲面不断更新的迭代方法,成功地得到高精度的近似分片Bézier 极小曲面.最后,可以按用户的各种要求选择运用相应不同的迭代逼近算法,求取插值给定边界曲线的近似NURBS 极小曲面.     

测量点数据等残留高度刀具路径规划

在介绍计算几何模型的基础上,提出一种刀具路径算法.首先分别以刀具半径值和残留高度值为等距距离,通过等距计算求出等距点集和残留高度点集;然后以前一行刀具路径为中心构建刀具包络面,并求出刀具包络面与残留高度点集的交点,即过渡点集;最后通过求以过渡点集为中心的刀具包络面与等距点集的交点,得出相邻行刀具轨迹,依次递推,求出所有的刀具路径行.针对计算过程中可能出现的欠切问题,给出了应用密切圆追踪的边界处理方法.通过实例验证了该算法的可行性.与等间距刀具路径生成方法进行比较表明,应用文中算法解决针对测量点数据的数控加工刀具路径生成问题,可缩短刀具路径长度,提高加工效率.     

B-样条函数极小曲面造型

极小曲面在建筑、航空、轮船制造等领域有着重要应用,但由于极小曲面表示复杂,给实际应用带来了很大的困难.研究了具有给定边界的极小曲面的B-样条函数曲面逼近.基于非线性约束优化方法和有限单元方法,求极小曲面方程的近似解.在算法中使用数值延拓方法,使非线性问题的初值选择问题自动化,同时,使用一个简单的线性化策略对非线性问题进行线性化.给出了几个数值结果.     

Doo-Sabin曲面NC刀具的并行轨迹计算

Doo—Sabin曲面是对多边形控制网格进行递归细分的极限曲面．利用Doo—Sabin曲面具有的逐步逼近的多分辨率特性和误差公式，根据加工误差确定控制网格的细分次数，并以此代替目标曲面进行粗加工刀具轨迹计算，从而合理简化了加工细节，提高了粗加工效率．另外，改进了传统的G—Buffer技术，提出了能统一应用于大型工件粗加工和精加工的S—Buffer算法．进一步分析了S—Buffer数据的相关性，采用平均加权响应时间为性能指标，设计了抢先式的动态负载平衡策略，基于MPI实现了S—Buffer的并行化．     

多坐标曲面加工中进给速度的优化控制1)

介绍了基于曲面CNC(Computer Numerical Control)直接插补方式的多坐标曲面加工中进给速度的控制原理.综合考虑刀具相对零件表面切削进给速度的恒定,曲面形状引起的各运动轴速度及其变化率不超过伺服驱动能力,以及机床在启动、停止和速度变化时的平滑加减速运动控制等因素,实现了进给速度的合理确定与控制,可有效提高曲面加工质量和加工效率.     

基于分段插值技术的车削加工有限元精密预测

针对车削加工中存在的复杂曲面粗糙度和数值模拟精度不高的问题,基于慢刀伺服方式对复杂情况下的车削曲面执行粗糙度分析以及数值模拟。首先,利用车削加工的环曲面理论和线性分段插值原理,进行车削加工的有限元二次软件开发,可实现对复杂情况下的车削曲面加工刀具的动态模拟;其次,基于物理分离原则、Coulomb摩擦力模型以及Johnson Cook材料本构模型,构建复杂情况下基于有限元模拟的车削曲面仿真加工模型;最后,基于所提模型对车削曲面的粗糙度进行预测分析。实验结果显示,所提模型的实验测试值与模拟值之间的误差相对率为5.06%,具有很好的预测效果,验证了所提模型预测方法的有效性。     

在Pro／ENGINEER4.0中利用VC 2005定制加工刀具库

该文介绍了利用ODBC在VC 2005与Pro/ENGINEER4.0中实现调用数据库对Pro/ENGINEER工件进行数控加工的方法.作者以工件在进行曲面铣削中常用的端铣刀所用的刀具数据表为例,使用Pro/ENGINEER开发的菜单来调用数据库的方法,用MFC基础类库将ODBC与Pro/TOOLKIT进行交互,最终实现了数控加工中刀具参数的直接调用.     

用Mastercam加工大桥鞍座

一、 大桥鞍座加工中的主要问题笔者所在工厂承接加工的大桥鞍座,其体积庞大（2930×1880×1549mm）,形状复杂。14个绳槽的底面和侧面均为三维空间曲面,并在鞍座上形成了一个两头开、中间凹的狭长通道（见图1）。实际加工中刀具及机床方滑枕的尺寸都较大,通过通道时,稍不小心,就会与工件发生碰撞。铸件毛坯的余量很不均匀,绳槽底面两端的余量很大,中间的余量很小。为了保证曲面外型及被加工曲面的表面光洁度,工件的加工工艺分为粗加工、热处理和精加工三步。粗加工采用三轴联动铣削,并保证加工后绳槽底面和侧面均有20mm余量。热处…     

组合曲面参数线五坐标加工刀具轨迹的计算

提出了组合曲面间拓扑关系的建立方法．通过对曲面相邻边界及相邻角点拓扑信息查询，完成刀具路径的合理组织；针对目前在给定加工精度时确定参数增量算法存在的不足，提出基于等参数线的走刀步长追踪法，并对曲率半径趋于无穷大的情况及直纹面加工的情况进行单独处理，保证了算法的稳定性和有效性．在此基础上，系统地阐述了组合曲面加工中刀触点、刀位点的计算以及刀具轨迹的合理化组织。