用环形铣刀五轴加工自由曲面的全局干涉检测

针对环形铣刀五轴加工复杂曲面的全局干涉问题,提出了一种基于曲面二重网格划分的全局干涉检测算法。首先将加工曲面沿参数方向进行初始网格划分,得到离散网格点并快速排除不与刀具发生全局干涉的网格点;然后分别计算剩余的网格点到刀轴线段的最短距离,找到离刀轴线段距离最近的初始网格点;最后以该网格点为中心的邻域进行局部网格划分找到满足精度的离刀轴线段距离最近的网格点,确定该点的位置及与刀轴线段的最短距离,判断是否发生全局干涉。若存在全局干涉,进行刀具姿态调整。与传统方法相比,该方法极大提高了全局干涉的检测效率,并通过实例验证了该方法具备可行性。     

大型螺旋桨五轴加工中基于方向包围盒层次树的全局干涉碰撞检测

针对大型螺旋桨五轴加工中重叠区存在的全局干涉碰撞，构建了一种基于动态OBB层次树的检测算法：建立螺旋桨和特殊铣刀头的方向包围盒层次树，利用多刚体系统的运动学理论，获得螺旋桨和特殊铣刀头在每个加工位置处包围盒的动态坐标变换矩阵，根据分离轴理论，实现每个加工位置的全局干涉碰撞检测。通过包围盒分组以及运动趋势判断，提高了全局干涉碰撞检测算法的效率。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

NURBS曲面的参数化离散及其在数控加工干涉避免中的应用

复杂曲面加工中，如何快速、有效地筛选出特殊曲面点以进行刀具干涉判断是实现无干涉刀具路径生成的关键。通过推导有理Bezier曲面的参数离散算法并结合NURBS曲面可转化为有理Bezier曲面的性质，实现了NURBS曲面基于参数的离散。该离散结果保留了离散曲面点与曲面参数域的一一对应关系，通过切削点的参数信息可快速筛选出少量需进行干涉校验的离散曲面点，从而有效简化了刀具干涉检测计算。实例分析表明，该算法能在保证曲面离散精度的前提下提高无干涉刀具路径规划的效率。     

五轴加工全局干涉检查及其避免

基于坐标系变换原理进行五轴数控加工刀具全局干涉检测,将曲面检测点变换到刀具局部坐标系中,通过判断曲面点是否落到刀具半径范围内来判断是否为干涉点,大大降低了计算量,提高了数控加工效率.对干涉点通过最小二乘法确立最小包容区域以及刀具姿态最优偏转轴及偏转角.为了防止在偏转过程中产生新的干涉,确立了刀具姿态有效区域,使得偏转角度能够避免刀具干涉且在有效区域内.通过实例验证了所提方法的可行性和有效性.     

复杂型面构件超声检测中的路径校验方法

给出了一种高效实用的超声自动检测路径校验方法:将探头在声束方向上延长合适的距离得到一个虚拟的圆柱体,路径校验转化为构件表面与虚拟圆柱体的干涉检测。在干涉检测中首先将构件曲面分解成若干曲面片并利用包围盒表示,然后采用投影法将圆柱体和包围盒的空间干涉问题转化为平面干涉问题,只需计算投影图是否有重叠就可判断是否干涉,如果存在干涉便将包围盒中的曲面片进行细分并用若干四边形表示,继续采用投影法进行精确检测。最后通过实验验证了该方法的有效性,并讨论了包围盒的选取对算法性能的影响。     

复杂曲面五轴加工干涉检查的研究

针对复杂曲面五轴数控加工刀具干涉检测算法复杂且效率低的问题,提出了基于空间三维坐标系变换原理的刀具干涉检查方法,即通过计算曲面上的点在刀具局部坐标系中刀具投影区域内的坐标值与刀具的位置关系来判断是否发生干涉。该方法能够同时检查局部干涉和全局干涉,大大减少计算量,提高检测效率和数控加工效率。为避免干涉,针对不同的干涉形式给出了不同的刀具姿态调整旋转轴和旋转角。通过实例验证了所提方法的可行性和有效性。     

五轴曲面铣削的通用表面纹理形貌建模方法

为进一步提高五轴铣削加工曲面纹理形貌仿真建模方法的通用性,同时为考虑刀具姿态角影响及分类的曲面纹理质量评定提供参考,提出了一种基于刀具结构通用参数和通用曲面刀触点坐标系的五轴铣削曲面纹理形貌建模及仿真方法。基于具有通用性的环形铣刀,采用刀具倾斜角?和旋转角θ定义刀具位姿,建立了能够适用于不同刀具及曲面的五轴铣削表面纹理过程的刀具切削刃点表达式。基于离散化思想,结合刀具切削刃点表达式,提出通过几何关系寻找瞬时扫掠四边形内工件网格点来实现曲面纹理形貌仿真。建立了平面和球面两类常用不同几何特征曲面以及不同类型自由曲面在不同刀具姿态角下表面纹理形貌仿真模型,并将平面仿真形貌分为?=0°、?≠0°两类,同时通过平面仿真时间对比验证了该仿真方法的效率更高。最后进行平面切削实验,结果表明,θ=-40°、?=20°及θ=15°、?=60°组合下实际切削与仿真表面纹理特征基本一致,同时实际切削表面纹理形貌特征与仿真分类结果一致,验证该曲面纹理形貌建模和仿真方法正确有效。     

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。     

基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划

针对刀具轨迹连续性差、切削刀具负荷波动大的问题,提出一种基于改进型Butterfly细分的三角网格曲面环形刀具轨迹规划方法。以三角网格曲面的几何特征为基础构建曲面定点数据表达结构,结合环形刀的几何特征对刀触点(CC点)的刀具曲面及工件曲面进行几何分析,构建三角网格曲面环形刀切削模型。根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度,并据此采用改进型Butterfly细分方法对三角网格曲面进行细分,使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度的要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹,沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点(CC点)的逐行规划,最终根据环形刀几何模型求解刀心(CL点)位置。根据选择的刀具参数和给定的残余高度要求,仿真生成的三角网格曲面螺旋刀具轨迹的连续性好,从而降低了切削刀具负载的波动,最后通过机加工实验验证了刀具轨迹的可行性。     

用投影方法进行数控加工干涉检查与修正

解决了数控加工的干涉检查问题。数控加工的干涉检查实际上就是检查刀具曲面和被加工曲面的有向距离。根据有向距离的符号进行干涉与否的判断并由其值（极值）的大小及极值的位一进行干涉修正，利用刀具曲面是一个绕刀轴的旋转面，易抉辅度离散处理的特点，不离散（分割）待检查曲面，而离散刀具曲面，在经度方向上可用刀具轮廓线（母线）绕刀轴旋转得到的一组均通过刀尖点的曲线来逼近，在纬度方向上可用圆心在刀轴上的一组经过同一条毋线的圆来逼近。利用相邻点间的相关性，采用跟踪技术求取离散的刀具曲面嵌入被检查曲面的干涉深度及其位置。     

裁剪NURBS曲面数控加工刀轨干涉处理

提出一种基于裁剪NURBS组合曲面的适合于球头刀、平底刀、圆角刀的刀具轨迹干涉检查和消除的算法,该算法将裁剪风景区面用三角片逼近表示,将刀具轨迹干涉检查和消除问题转化为刀具曲面与三角片的几何相关性测试,通过建立裁剪NURBS曲面的包围盒等方法进行干涉预处理,提高了干涉处理速度;推导出不需离散刀具曲面的干涉量计算方法,提高了干涉量计算精度,实践表明,该算法快速、精确、稳定,通用性好。     

球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模

刀具接触区界定了切削过程刀具与工件的相互作用范围,是研究切削力学/动力学的基础,复杂曲面加工的刀具接触区往往呈现不规则几何形状且沿曲线刀具轨迹不断变化。针对球头铣刀复杂曲面多轴加工,提出一种刀具接触区半解析建模方法。基于微元离散和刚体旋转变换的思想,将一般复杂曲面加工看成是一系列微小斜平面加工的组合,并且认为球头铣刀斜平面多轴加工的刀具接触区,可由球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区经刚体旋转变换而得。通过将切削余量材料看成是一系列微厚材料薄层的叠加,构建了球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区解析模型,从而建立球头铣刀复杂曲面多轴加工的刀具接触区半解析模型。仿真实例分析了模型的精度和效率,结果表明该半解析模型能够精确高效地描述复杂曲面多轴加工的刀具接触区。     

带角圆柱铣刀对自由曲面3轴NC加工的刀具干涉检测

对自由曲面用带角圆柱铣刀3轴NC加工提出了系统的刀具干涉检测方法。加工自由曲面时,刀具干涉可以出现在包括刀具驱动面的刀具周围的任何地方。本文提出先检测自由曲面上可能产生刀具干涉的区域,然后再生成刀具路径,这样不但可极大地简化安排刀具路径的过程,改善加工的精度和可靠性,而且有利于产品的几何设计和影响加工效率的刀具选择。研究表明所提方法和算法是合理有效的。     

平头端铣刀三轴联动自适应等参数曲线法加工自由曲面

曲面参数线法是多轴数控加工中生成刀具轨迹的主要方法，但是对等参数曲线分布不均匀的情况不适应。平头端铣刀在数控多轴加工中相对于球头铣刀来说，有加工精度高，经济性好的特点，其刀具轨迹的生成方法越来越引起人们的注意。本文针对曲面参数线法的缺点作了相应的改进，提出了适应平头端铣刀的刀具轨迹生成算法，同时用局部检查的方法进行干涉校验，消除了局部干涉。本算法适应于三轴联动以下的机床。     

基于MMR的三角网格曲面五轴加工刀轨生成算法

为了提高三角网格曲面五轴加工的加工效率,提出了基于最大材料去除率(maximal materialremoval rate,MMR)的平底刀五轴加工刀轨生成算法。首先计算无曲率干涉且具有最大材料去除率的网格曲面五轴加工的刀具方位角;然后在确定网格曲面可能干涉区域的基础上,提出刀触点处干涉性假设,并以最大材料去除率、刀具无曲率干涉和全局干涉为约束条件,采用二分法确定具有最大材料去除率的无干涉刀具方位角;最后采用截面线法生成三角网格曲面MMR平底刀五轴加工刀轨。通过实验验证了采用文中算法生成的刀轨进行加工能够获得较高的加工效率和表面质量。     

环形刀五轴数控加工刀具路径生成算法

将微分几何理论应用于环形刀五轴加工无干涉刀具路径生成方法的研究,分别推导出刀触点处刀具曲面和工件曲面曲率分布方程,结合这两个方程,进行进给步长、加工行距以及相邻刀触点等的计算并建立判断有无干涉发生的条件,利用该条件对刀具姿态角进行修正以避免干涉.对实际曲面进行路径计算结果表明,提出的方法能有效避免干涉而且缩短加工路径长度.     

五轴数控仿真全局干涉检测算法研究

针对五轴数控加工复杂曲面的全局干涉问题,提出了一种实时干涉初步检测算法.该算法基于分层方向包围盒以及八叉树空间简化法,采用改进的分离轴理论,通过比较空间多面体在特定轴上投影的距离关系来判别多面体之间是否相交.应用简化的方向包围盒及八叉树结构,当某一节点发生干涉时,才对其子节点进行进一步处理.该改进算法有效降低了空间复杂度,提高了效率.该算法已在某型号五轴数控加工中心仿真系统的全局干涉检测模块中得到应用,通过实验比较,证明了该算法的可行性.     

平头端铣刀三轴联动自适应等参数曲线法加工自由曲面

曲面参数线法是多轴数控加工中生成刀具轨迹的主要方法，但是对等参数曲线分布不均匀的情况不适应．平头端铣刀在数控多轴加工中相对于球头枕刀来说，有加工精度高、经济性好的特点，其刀具轨迹的生成方法越来越引起人们的注意．本文针对曲面参数线法的缺点作了相应的改进，提出了适应平头端铣刀的刀具轨迹生成算法，同时用局部检查的方法进行干涉校验，消除了局部干涉．本算法适应于三轴联动以上的机床。     

离散点云五轴加工刀轨全局干涉处理方法研究

对离散点云提出了一种五轴刀轨全局干涉处理的方法。为了提高计算效率,根据刀具扫掠体获得可能发生全局干涉的数据点,通过迭代计算判断是否与点云干涉,并逐步增大旋转角直至无全局干涉。其中,针对三维全局干涉处理较为复杂,提出将点与刀具干涉关系转换为点与截面上刀具椭圆轮廓二维位置关系,通过计算点离开椭圆的旋转角度确定无干涉理论旋转角,保证了精度。最后对算例生成的无全局干涉刀轨验证了算法的可行性。