基于点搜索的多曲面体清根轨迹生成方法

针对多曲面体清根加工轨迹的生成问题,建立了基于搜索初始点在参数域和物理域内搜索刀心点的点搜索算法.在搜索过程中,以多曲面体为研究对象,根据其结构特点确定搜索初始点和搜索中心,将参数域内搜索初始点与搜索中心的连线作为搜索方向在参数域内进行搜索.在物理域内生成参数域内对应搜索点的偏置点,判断偏置点到达多曲面体的距离是否满足距离条件,若满足距离条件则为刀心轨迹上的点.算例与实际加工结果表明,所提出的搜索算法搜索过程稳定,可以快速生成高质量的清根加工轨迹.     

基于点搜索的多曲面体清根轨迹生成方法

针对多曲面体清根加工轨迹的生成问题，建立了基于搜索初始点在参数域和物理域内搜索刀心点的点搜索算法。在搜索过程中，以多曲面体为研究对象，根据其结构特点确定搜索初始点和搜索中心，将参数域内搜索初始点与搜索中心的连线作为搜索方向在参数域内进行搜索。在物理域内生成参数域内对应搜索点的偏置点，判断偏置点到达多曲面体的距离是否满足距离条件，若满足距离条件则为刀心轨迹上的点。算例与实际加工结果表明，所提出的搜索算法搜索过程稳定，可以快速生成高质量的清根加工轨迹。     

整体叶盘叶片铣削加工表面质量控制仿真研究

以整体叶盘叶片为研究对象,建立了叶片铣削加工三维有限元仿真模型,运用动态仿真分析方法,结合数控仿真加工无干涉刀具轨迹,分析研究了叶片表面残余应力分布情况及铣削参数对叶片加工表面质量的影响规律。分析结果表明:叶片表面应力分布均匀,只在两缘区域出现应力集中现象;叶片两缘区域表面残留高度值大于中轴区域;相同切削条件下,提高主轴转速和减小每齿进给量均有利于改善叶片加工表面粗糙度。该结果对后续优化叶片加工参数的研究及叶片加工表面质量的提高具有重要指导意义。     

叶轮加工中清根刀心轨迹的生成

叶轮数控加工中的清根是一个较难的问题。提出了一种求解清根时刀心轨迹的方法。先得到叶片和轮盘的等距面,再求出叶片等距面上的参数线与轮盘等距面的一组交点,根据这些交点反算出其B样条曲线控制点,从而获得叶轮清根刀位轨迹,实施结果表明,该方法简单易行、效率高。     

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。     

五轴石材切板机床刀具补偿算法的研究

针对五轴石材切板机床的圆形锯片安装中心相对于机床控制点存在偏置以及锯片本身尺寸导致过切的问题,对切削点相对于控制点的空间位姿关系进行了分析,对加工图元为直线时的各种工况进行了详尽研究,提出了一种基于美国3S开放式系统(Servo Works S-140M)的偏置补偿算法,建立了刀位轨迹与数控轨迹之间的联系。通过系统仿真功能验证了该算法的正确性,并通过实际加工进行了测试。研究结果表明,所加工出的零件能满足加工工艺和精度要求,提高了加工效率和加工精度,降低了生产成本。     

中点误差控制宽行加工算法

现有的几种利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题,不利于提高加工效率和保证加工质量。通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程,认为产生刀心波动的两个理论因素:行宽致波动量和刀轴致波动量,其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量,刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量。虽然存在两者异号相抵的情况,但也存在同号时增大刀心波动的情况。鉴于问题复杂性,从理论上消除行宽致波动量产生的刀心波动出发,提出中点误差控制刀位优化算法,该算法中的刀心波动仅由刀轴致波动量产生。算法以有效特征线段中点定位刀具,以最大加工行宽为目标,对刀具姿态进行优化。编制了计算程序并对某种螺旋桨试件进行试切试验。通过与Sturz算法和多点法(Multi-point method,MPM)结果比较,验证该算法在减小刀心波动、改善刀轨光顺性和提高加工效率方面的有效性。     

椭球精加工轨迹及程序设计

数控加工刀路轨迹影响工件的形状和精度。为了保证椭球的形状和精度,根据球头刀外切于椭球的特征,应用数学知识推导出精加工椭球时刀具中心轨迹的参数方程。并求得近似的刀心轨迹和推导的刀心轨迹之间的误差不在工件的尺寸公差之内,说明不能采用近似的刀心轨迹编程。以半椭球面为例,通过控制残留高度值来计算步进角大小,采用连续进给编程的方法编制宏程序,利用仿真软件验证了刀路轨迹正确。该方法极大地提高了椭球的加工精度和效率,为椭球的加工提供了编程方法与策略。     

基于XIGA的开孔功能梯度板材料分布多目标优化

为解决开孔功能梯度板多目标优化问题,提出了一种将扩展等几何分析方法(XIGA)和以材料分布变化的求解模式.针对开孔结构功能梯度板的力学计算,引入三阶剪切变形理论,并采用扩展等几何分析方法.为提高数值精度,在孔边界区域做四叉树自适应高斯积分.在材料属性描述中,以B样条函数代替传统的功能梯度材料分布函数.优化过程中,以描述材料分布的控制点作为设计变量,建立第一自然频率最大、板质量最小和屈曲临界参数最大的多目标优化问题,其中优化算法选用NSGA-Ⅱ算法.通过算例表明了算法的有效性.     

基于组合曲面的叶片仿真造型

为解决叶片数控加工过程中由于叶片缘头曲率较大且易发生突变,造成加工干涉的问题,提出了一种基于组合叶片的多层螺旋线轨迹规划算法。采用组合曲面的方法,将叶片截面线划分为前缘、后缘、叶盆和叶背四个部分,提出了多层的螺旋轨迹算法。利用VERICUT完成了其虚拟仿真,证明该算法能够满足加工要求。     

大型核电叶片的螺旋磨削刀具轨迹生成

为了提高大型核电叶片的磨削加工效率和改进现有的砂带磨削刀具轨迹生成方法,提出了一种针对组合曲面叶片的六轴联动螺旋磨削方法。该方法根据组合曲面相邻边界曲线与曲面造型提出了叶片砂带螺旋磨削切触点和刀具轨迹的计算公式。基于课题组自主开发的编程系统平台编制了相应的数控编程模块,生成了连续光滑的叶片螺旋磨削加工刀具轨迹。与砂带磨削原有的横向、纵向磨削方式相比,大大减少了叶片磨削过程中的让刀时间,提高了加工效率,降低了生产成本。     

基于Z-buffer的组合曲面圆环面刀具加工方法

为解决组合曲面五轴加工问题提出一种基于计算机图形学Z-buffer技术的圆环面刀具刀位生成算法。首先借助Z-buffer技术确定刀位计算的检测区域,然后在保证圆环面刀具和检测区域不干涉的前提下调整刀位,使刀具端面和模型曲面充分贴合,从而得到更宽的加工行宽。算法充分利用计算机硬件的快速高效性,直接对加工检测区域内的点进行读取和存贮,避免复杂的搜索和迭代过程。算法过程中集成对刀位干涉的检测和避让,可直接生成无干涉的刀位数据。刀位算法计算过程使用曲面的多面体信息,适用于以裁剪曲面为元素的组合曲面模型的无干涉刀位的计算。针对某组合曲面模型进行刀位计算和仿真,仿真结果相比传统的球头刀加工算法效率提高了10倍。最后对生成的刀轨进行了实际加工试验验证。     

透平叶片五轴数控加工工艺技术研究

针对透平叶片,提出了一种加工工艺过程和编程方法。根据叶片的几何特性,安排合适的加工策略,对生成的刀具轨迹进行仿真,并在五轴加工中心上进行试切,最后在三坐标上检测,经验证叶片的加工质量达到设计要求。     

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.     

基于网格化局部差值拟合的自由曲面加工路径规划方法

基于网格化局部插值拟合的曲面加工路径规划方法是在传统的等参数离散法基础上,对离散的密集的刀心点云进行网格化重新规划。提出了一种对刀心点云投影并进行网格化的新方法。在网格点局部根据临近的刀心点进行局部插值拟合的方法得到新的刀心点,在保证刀心点集能够满足重建要求的前提下,使加工路径规则化。可以根据误差计算公式对网格密度和离散密度进行判断和调整以实现优化。     

Correcting and compressing interpolation algorithm for free-form surface machining

The existing interpolation algorithm cannot meet the need of high-speed and high-accuracy machining of a free-form surface. So this paper proposed a correcting and compressing interpolation algorithm. Depending on the distance and angle evaluated from the adjacent command points, the machining path of free form can be divided into two machining types. For those regions where the accurate figure is critical such as corners, the convention linear interpolation is performed exactly between the adjacent command points. For those regions having a large radius of curvature where the smooth figure is critical, firstly, the interior point selection method based on circle transition is derived to reduce the tolerance between the machining path and the original surface; secondly, the interior point correction method based on the least-square method is proposed to reduce the calculation error and round-off error in the interior point and estimate the first- and second-order derivative vectors of the interior point; thirdly, the shape-defining point is selected by the bend direction of the machining path and fitted to a quintic spline curve which has the C2 continuity; fourthly, the fitting accuracy controlling method is proposed to ensure the machining accuracy; lastly, the curve interpolation is performed on the fitted smooth curve. Machining tests carried out on a vertical machining center show that the proposed algorithm can improve the machining efficiency and machining quality of a free-form surface.     

[刀具及切削工艺]一种基于几何调控的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建方法

针对航空发动机压气机辊轧叶片前后缘溢料端数控加工问题,提出了一种基于设计曲面几何调控的前后缘加工曲面自适应重建方法。根据自由变形理论以及曲面能量控制原理,建立了具有变形约束能力的自由曲面几何调控模型;利用该模型建立了基于遗传算法求解的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建策略。该策略通过微量调整叶片设计曲面几何形状,使其在逼近叶身型面测量数据的同时尽可能维持初始几何形状,最终实现了辊轧叶片前后缘加工曲面的自适应重建。实例验证结果表明：利用该方法获得的辊轧叶片前后缘加工曲面可以在保证叶片形状精度的同时实现其与实际叶身的圆滑转接。     

结合ELID磨削与MAF工艺对复杂曲面的加工控制

在线电解修锐（electrolytic in-process dressing,ELID）磨削可以高效率地光整加工,而磁力研磨（magnetic abrasive finishing,MAF）具有柔性加工的特点。以三轴立式加工中心为平台,研发了一种结合ELID磨削与MAF的新型组合工艺。设计了ELID磨削工具和MAF工具头,提出了利用该组合工艺对复杂曲面进行加工的控制方法。分析了由于刀具磨损产生的工件形状误差,提出了误差补偿的措施,同时也讨论了避免加工干涉的方法。最后,开发出能同时适用于ELID磨削与MAF的复杂曲面光整加工控制与补偿软件。
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组合曲面叶片的螺旋加工刀位轨迹生成

为提高叶片加工质量和改进现有螺旋加工方法,提出了一种新的针对组合曲面造型叶片的四轴螺旋加工方法.该方法在叶片曲面造型过程中,将叶片曲面分割为叶盆、叶背、前缘和后缘四个区域.根据组合曲面叶片造型,提出了组合曲面叶片螺旋加工刀位轨迹生成方法和切触点的计算公式.最后,基于UG软件平台,以二次开发方式编制了相应的数控编程模块.生成了连续光滑的叶片螺旋加工刀位轨迹.试验结果表明,该方法能够实现叶片的四坐标螺旋加工,并可有效提高叶片的加工质量.