考虑节能条件下的自由曲面加工刀具路径优化研究

在数控加工过程中不同的刀具路径所产生的能耗和加工效率不同，为了降低自由曲面在数控加工过程中的能耗，提高加工效率，从节能和高效率两个方面对刀具路径进行优化。建立以节能和高加工效率为优化目标，以主轴转速、每齿进给量、径向切削深度、轴向切削深度和机床设备性能为约束条件的刀具路径数学模型。分析待加工自由曲面的面曲率和残余高度，对加工步长和行距进行合理计算，以此为依据将待加工曲面离散成点云即为刀触点。为避免遗传算法过早陷入局部最优解，引入模拟退火算法对遗传算法进行改进，使用改进后的混合算法对自由曲面刀具路径进行优化。通过仿真加工和实验加工对比了优化路径与传统路径，结果证明了优化方法的有效性。     

面向能效的曲面数控加工刀具路径优化方法

刀具路径规划是曲面数控加工过程的一个重要环节,优化的刀具路径能显著提高曲面加工效率,降低机床能量消耗。通过对刀具路径优化问题的描述及其影响因素的分析,建立以机床加工效率和能量消耗为目标,以主轴转速、进给量、机床功率、主轴力矩、加工行距及表面质量为约束的刀具路径优化模型。在模型优化求解过程中,根据待加工曲面曲率半径、刀具半径及曲面加工后的残留高度,优化出合理的刀触点间距和加工行距以确定刀触点;采用自适应模拟退火遗传算法对刀触点连接顺序和方式进行优化运算,寻求最优刀具路径。通过实例加工和与传统方法的对比,验证了提出方法的有效性和实用性。     

复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。     

基于混合算法的球头铣刀路径高效节能优化

为了实现球头铣刀曲面加工的高效节能,以曲面铣削为例,研究基于混合算法的球头铣刀铣削路径高效节能优化方法。首先考虑主轴转速、进给量、表面质量以及无重复走刀的实际约束条件,建立以高效、节能为目标的刀具路径优化模型;根据工件加工要求,对曲面离散化以得出合理的刀触点数;引入遗传算法的交叉、变异以及逆转等操作对粒子群算法进行改进,并利用该混合算法对曲面刀具路径进行优化,以寻求最优路径;最后通过两个半精加工实验验证了该方法的有效性。     

自由曲面数控加工路径规划的研究

论述了自由曲面数控加工路径规划对加工效率的影响,讨论了目前刀具轨迹算法的优缺点。针对自由曲面走刀方向数控加工的研究,建立了简化的刀具轨迹时间模型,并对路径规划的系统进行了讨论。     

等残留高度算法应用于自由曲面五轴刀路规划研究

针对五轴零件加工过程中自由曲面生成的刀具路径代码冗余,加工效率较低和加工表面质量不高等问题,对自由曲面加工中的常用刀具路径算法进行了分类,提出了等残留高度相关算法模型。计算了等残留高度点及在自由曲面的投影点,并对角度值β进行了迭代计算,对自由曲面加工中的五轴刀轴倾角λq值进行了推导计算;以螺旋桨叶片复杂自由曲面模型为刀路加工载体,生成了五轴刀路轨迹,与Mastercam软件的高速动态铣削(旋转五轴)模块功能生成五轴一般刀路进行了对比分析。研究结果表明:等残留高度算法能缩短五轴自由曲面的刀路长度,提高加工效率及零件表面质量。     

基于MasterCAM自由曲面加工刀具路径优化

为提高自由曲面数控加工的切削效率和加工精度,对自由曲面三坐标数控加工刀具路径工艺特点进行研究。分析了在MasterCAM软件内可采用的几种刀具路径规划方法及其实现的约束条件。研究了该软件内由参数线法、路径截面法和等残留高度法等三种算法生成各种刀具路径的优缺点,并根据三种算法所生成刀具路径的特点优化加工各种曲面的刀具路径。通过实例对三种算法所生成的刀具路径进行应用比较,结果表明,根据曲面形状特点合理选用及规划刀具路径,可提高刀具路径对曲面形状变化的适应性,减少残留高度,从而提高切削效率和加工质量。     

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。     

面向复杂曲面数控加工的刀具规划控制研究

曲面数控加工是零部件制造的重要组成工艺,普遍存在效率和尺寸精度低、制造成本高等问题。鉴于此,现研究了传统的曲面加工工艺和刀具轨迹控制算法,利用刀具接触和位置路径CAPP系统来优化数控切削过程,通过专家决策和人工智能推导出了最优的刀具位置路径和数控加工代码。加工测试表明,改进后的数控切削走刀干涉量小,加工效率和尺寸精度明显提高,能满足复杂曲面刀具切削规划要求。     

自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划

为提高自由曲面数控加工的切削效率,改善刀具的受力状态,提出了一种自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划方法.分析了在实际加工过程中可采用的几种刀具路径规划方法及其实现等距加工的约束条件.研究了等间距刀具路径的计算方法,并针对计算过程中出现的逼近误差校验和刀具路径延伸与裁剪问题给出了解决方法.对等参数线法和等距截面法进行了比较,表明应用该方法规划自由曲面刀具路径,可提高走刀路径对曲面形状变化的适应性和切削行间距分布的均匀性.     

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。     

复杂曲面五坐标数控铣削表面粗糙度预测的关键技术研究

针对CAD/CAM复杂曲面数控加工刀位点曲率与走刀行距关系进行分析,给出了不同刀具路径下走刀行距的计算方法,并且对影响表面粗糙度的因素进行了讨论,该方法可用于对表面粗糙度的一个范围进行预测.并提出一种基于主曲率匹配的等残留高度刀具路径规划改进算法,该方法能够提高加工效率,改善加工表面粗糙度.     

基于改进遗传算法的自由曲面测量路径优化

为提高三坐标测量机对自由加工曲面的测点检测效率,针对传统遗传算法收敛速度慢且易陷入局部最优解的问题,引入自适应调节机制,从种群个体的适应度分布情况与个体适应度值两个方面实现交叉与变异概率的自适应参数调节,提高了算法效率,降低了早熟概率;采用贪婪交叉算子与贪婪倒位变异算子,加快了算法的收敛速度。实验结果表明,改进的遗传算法能够更高效且优质地完成自由曲面测量路径优化。     

三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究

针对三角形网格曲面加工中刀具轨迹的误差均匀性问题,提出了一种等误差步长规划的刀具路径生成算法。该方法将刀具沿网格曲面运动方向的线性误差和转动误差联合作为设计公差,在满足给定精度要求条件下,通过控制设计公差来优化各条刀具轨迹上的刀触点的位置分布,并生成相应的刀位点。在生成完整三角网格曲面刀具路径时充分利用了网格曲面的边界特性,保证了边界一致性。实验表明:该方法生成的刀具路径保持了良好的边界一致性,并显著提高了加工精度和加工质量的均匀性。     

基于遗传算法的笔式加工刀具路径优化

为缩短笔式加工时间和提高加工效率,提出了一种新的基于遗传算法的刀具路径优化方法。笔式加工的特点决定了生成的刀具路径为一系列离散的切削路径段,为了精简搜索数目,将每段刀具路径看作两个遗传基因。使用十进制码构造分段染色体模型,采用改进的遗传算法对笔式加工分段路径进行优化排序,得到刀具路径排布的近似最优解。实验结果表明:改进的自适应遗传算法比一般遗传算法搜索速度提高若干倍,可以明显缩短加工路径的总长度。     

基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率,在广域空间中分析刀具的干涉误差,对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性,定义曲面可能干涉的区域为广域空间,然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中,计算刀具刀刃曲面的干涉误差,从而构建刀具的实际切削轮廓,并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后,通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系,以加工带宽最大化为目标,实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明,在相同的残留高度要求下,广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法,切触点轨迹长度减少了15.74%,说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。     

平底刀最优刀轴矢量规划算法

在进行自由曲面平底刀五轴数控加工刀轴矢量规划时,现有算法多以材料去除率最大作为优化目标,然而加工效率最高的刀轴矢量不一定是刀具最优姿态,还需要综合考虑加工质量、刀轴光顺等因素。从这几个方面建立单个刀轴矢量和相邻刀轴矢量光顺性的度量指标,并以归一化度量指标加权和最小作为优化目标建立刀轴矢量优化模型,经理论分析将多目标规划问题转化为力学平衡问题,弹簧模型中高斯球面上运动节点的平衡位置就是最优刀轴矢量。仿真结果表明SE权因子影响加工效率,DW、DM权因子影响机床运动平稳性,DF权因子影响切削条件,选择合适的权因子可以获得材料去除率大、加工效率高以及在工件坐标系、机床坐标系和进给坐标系下光顺的刀轴矢量。     

曲面数控加工中刀具轨迹生成探讨

以三坐标数控加工自由曲面为研究对象,对复杂曲面刀具路径生成中的一些问题进行了探讨,对常用的三坐标曲面加工方法进行分析比较,给出了步长、步距的计算公式以及走刀方式、进/退刀方式的选择原则.     

自由曲面数控加工刀具的研究

对自由曲面数控加工中的刀具进行了较深入的研究。从刀具有效半径和切削速度的角度,对平头立铣刀在五坐标自由曲面加工中的加工效率与切削性能进行了分析。提出了球头刀和平头刀的刀位计算方法,并对叶片曲面的刀具轨迹进行了仿真模拟。     

圆环面刀具五坐标数控加工旋转切触刀位算法

针对圆环面刀具加工开阔自由凹曲面,提出一种新的五坐标旋转切触刀位算法。算法来自于传统多点切触加工的逆向思考,首先确定刀具在工件曲面等距面上局部坐标系中的初始位置,然后优化调整刀具的后跟角和侧偏角,使刀具表面和工件曲面在不发生局部过切的前提下在最小主曲率方向两侧实现两点切触。与传统的多点刀位算法根据两个切触点来计算刀位不同,旋转切触刀位算法通过刀具的后跟角和侧偏角来确定最优刀位,而刀具表面和工件曲面之间的两个切触点则不需要求出。实例计算和加工仿真表明,旋转切触刀位算法不仅能够有效地产生无局部过切的多点刀位,从而不需要额外的局部过切检测及修正过程,而且在相同的加工误差下其产生的加工带宽约为UG算法的两倍,加工效率得到明显提高。