基于运动学约束的刀轴矢量优化研究

针对五轴数控加工中由于避免全局干涉而带来的刀轴矢量变化过大的问题,提出了向前、向后修正的平缓过渡方法,优化刀轴矢量的变化。建立了机床旋转轴角速度约束条件,并且在每一刀触点处建立进给坐标系,通过在进给坐标系下调整已有刀轴矢量的倾角和摆角使得相邻刀触点间的刀轴矢量变化满足机床旋转轴运动学要求,保证刀具轨迹上进给率的连续性。算法仿真和算例分析表明,所提出的方法合理可行,能使刀轴矢量变化光顺,保证了加工过程的平稳和高效。     

五轴数控加工后处理关键技术分析与实现

从后处理的角度,分析了五轴数控加工的非线性误差,指出了其影响因素;提出了利用齐次变换矩阵和正向、逆向运动学相结合的误差计算方法以及相应的误差补偿策略;同时,引入了刀轴矢量"平滑化"的概念,提出了基于四元数向量插值的新算法;最后,以一个离心压气机叶轮为例,进行了计算机仿真加工和五轴机床试切加工实验.实验结果表明,所提出的方法改善了曲面加工精度和表面质量.     

基于点云数据的鞋楦数控编程及其仿真

在刻楦机的数控编程中,文章针对测量所得的鞋楦点云数据,利用一种常见的方法来处理点云数据并进行了针对鞋楦离散模型的刀轨计算,并介绍了如何利用CGTech公司的Vericut软件来进行刀轨仿真.     

鞋楦CAD/CAM集成系统关键技术研究

根据鞋楦及鞋楦设计加工的特殊性,提出了鞋楦CAD/CAM集成系统的开发方案,系统由鞋楦表面数字化系统、计算机辅助鞋楦设计系统、鞋楦数控程序生成系统和数控刻楦机四个子系统组成.文章研究了各个子系统实现的关键技术,较好地指导了鞋楦CAD/CAM系统的开发.     

编程与实际加工在刀轴矢量上偏差的策略

在球刀加工曲面的数控加工中,针对实际加工的刀轴矢量有时会发生与编程的刀轴矢量不一致的情况,通过分析程序数据原理和刀轴方向的几何关系,找到了解决这类问题的办法以及需要注意的事项,在实际操作中得到灵活运用,收到了良好的效果。     

数控刻楦机研制

研究了数控刻楦机研制方法。在分析鞋楦数控加工方式的基础上,完成了系统总体方案设计,并给出了各个子模块的具体实现方法。按照这些方法,成功研制了数控刻楦机。     

基于机床旋转轴角加速度的五轴加工刀轴矢量局部优化

针对现有刀轴矢量光顺方法缺少对刀轴矢量进行局部超限修正的不足,提出一种在机床坐标系下对刀轴矢量进行局部光顺的方法。通过四元数插值法,进行整个加工轨迹上的初次刀轴矢量规划,得到工件坐标系下光顺的初始刀轴矢量。以机床旋转轴角度变化最小为目标,以机床运动学性能限制为约束,求解得到超限区域。针对超限区域,以角加速度最小为目标进行局部修正。通过叶轮加工实例验证所提刀轴矢量局部光顺算法。结果表明：所提算法能够在保持原有刀轴矢量优良加工特性的同时,避免局部超限,从而达到对刀轴矢量进行局部光顺的目的。     

基于PC机平台的数控刻楦机研究及实现

文章对基于PC机平台的数控刻楦机结构、加工原理和实现方法进行了深入研究。文中着重分析了对鞋楦数据的处理、伺服电机步距当量的选择和利用数字直接定义加工程序的方法，此外还分析了避免误差累积的实现方法，使数控刻楦机能高速、高质、安全地进行加工。     

鞋楦设计制造的现状和对策

本文在回顾制楦工艺发展过程的基础上,指出我国制鞋业落后的主要原因之一在于大多数制鞋企业还是采用手工制作样楦和简单的拷模加工方式,不仅成本高、周期长、而且质量差。提高鞋楦制造工艺水平是我国制鞋业当务之急!具体对策有以下几点：尽快修订我国鞋楦标准、研制有自主知识产权的数控刻楦机、开发计算机辅助鞋楦设计系统、大胆引进人才促进行业的进步、博采众家之长。我们要赶超鞋业强国必须花大力气抓好投资少、见效快的数控刻楦机和鞋楦CAD／CAM系统的研制。     

最小非线性插补误差约束的多轴侧铣刀轴矢量优化

机床运动轴的线性插补会导致刀具位置及刀轴矢量的非线性插补,造成的非线性误差是影响曲面侧铣精度的重要因素。为减少刀轴矢量非线性插补造成的侧铣加工误差,建立转台旋转-刀轴偏差角模型,证明当机床旋转轴线性联动时刀轴矢量的插补一定是非线性的,并提出刀轴矢量线性插补的条件。在加工坐标系中建立球面坐标系,讨论相邻插补刀轴矢量在球面坐标系中的经纬度差异,以及对刀轴偏差角的影响。通过计算知相邻刀轴矢量的夹角与刀轴最大偏差角不呈单调关系。提出相邻刀轴矢量平均纬度最小化的优化目标;通过改变工件装夹姿态,满足优化条件。以典型叶片曲面类零件的曲面侧铣加工为例,验证刀轴矢量线性插补的约束条件。利用BC轴转台式机床进行加工,借助优化刀轴矢量在转台旋转-刀轴偏差角模型中的平均纬度,验证所提方法的有效性。     

五轴联动刀轴矢量插补优化算法

目的研究解决五轴联动机床旋转轴角度采用线性插补方式生成的加工轨迹,导致刀具姿态偏离所设计的理想平面,引发刀具姿态误差的问题,减少非线性误差,提高零件表面质量。方法首先对旋转轴角度线性插补方式引发刀具姿态误差的原理进行了分析,提出了一种刀轴矢量插补优化算法。然后在线性插补的基础上,根据提出的刀轴矢量插补优化算法保证首末点间的刀轴插补矢量始终位于首末刀轴矢量所构成的平面内,实现刀具姿态优化,并在MATLAB中对线性插补和矢量插补优化两种方式进行仿真分析,观测出对应方式下刀轴插补矢量的空间位置。最后利用叶片试件在AB型转台摆头类型机床上进行仿真和加工验证,对比两种刀轴矢量插补方式仿真数据。结果在VERICUT同等条件下仿真,刀轴矢量采用线性插补时,叶片进出汽边误差值分别为-0.218 66 mm和-0.312 58 mm;刀轴矢量插补优化后,叶片进出汽边误差值分别为-0.095 46 mm和-0.099 05 mm。刀具姿态经过插补优化算法后,叶片进出汽边的过切值明显降低。结论刀具姿态经过插补优化算法后,叶片过切值的大小和数目明显减少,使得非线性误差明显降低,从而提高了零件表面质量。     

基于通用CAD/CAM软件的鞋楦逆向设计及数控加工

运用通用CAD／CAM软件Geomagic、Pro／E、MasterCam，对鞋楦进行逆向设计及数控加工程序编制。配备自制的三轴数控刻楦机进行数控加工，提出了一套完整的鞋楦逆向设计及数控加工的方法。     

Process geometry modeling with cutter runout for milling of curved surfaces

Prediction of cutting forces and machined surface error in peripheral milling of curved geometries is non-trivial due to varying workpiece curvature along tool path. The complexity in this case, arises due to continuously changing process geometry as workpiece curvature varies along tool path. In the presence of cutter runout, the situation is further complicated owing to changing radii of cutting points. The present work attempts to model process geometry in machining of curved geometries and in the presence of cutter runout. A mathematical model computing process geometry parameters which include cutter/workpiece engagements and instantaneous uncut chip thickness in the presence of cutter runout is presented. The developed model is more realistic as it accounts for interaction of cutting tooth trajectory with that of preceding teeth trajectories in computing process geometry. Computer simulation studies carried for this purpose has shown that it is essential to account for teeth trajectory interactions for accurate prediction of process geometry parameters. This aspect is further confirmed with machining experiments, which were conducted to validate this aspect. From the outcomes of present work, it is clearly seen that the computation of process geometry during machining of curved geometries and in presence of cutter runout is not straightforward and requires a systematic approach as presented in this paper.     

一种五轴曲面在线质量检测与优化实验平台设计

介绍了曲面数据反向优化全局刀路的实验方法,分析数控系统与曲面几何形状数据相融合的控制关系,构建多数据融合的曲面加工质量检测优化实验平台。结果表明:利用该实验平台对五轴曲面的几何特性进行智能多方位的数据处理,将得到的插补路径反馈至伺服控制系统与数字化测试系统,进行动态的刀路优化与质量检测,实现五轴曲面的在线高速加工与高质量优化。     

基于UG的鞋楦数控编程技术

由于鞋楦的自由曲面复杂性和数控刻楦机加工鞋楦的工艺特殊性，难以利用一般的数控编程方法对鞋楦CAD模型进行数控编程，本文提出一种应用UG软件生成鞋楦NC程序的方法，并进行了验证，简单而有效的解决了鞋楦螺旋环切式加工中的数控编程问题；该方法也同样适用于类似加工方式下其它自由曲面零件的数控编程。     

基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术研究

刀具半径补偿技术是CNC系统中的关键技术之一,是加工轨迹插补运算的数据来源与依据。根据编程轨迹及刀具半径值规划出刀具中心的运动轨迹,尤其是轨迹转接点坐标值,是保证零件轮廓精度的必要前提。引入方向矢量的概念,提出一种基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术,深入研究三坐标直线加工刀具半径补偿原理与实现方法;根据空间几何要素之间的位置关系,建立编程轮廓刀心轨迹的相应算法。仿真结果证明了该算法的可行性。     

叶片螺旋铣加工刀位计算研究

研究了航空发动机叶片叶身部分的螺旋铣数控加工过程,推导出了用于多坐标数控铣加工的叶片刀位点计算公式。根据叶片特征和数控加工理论,详细讨论了叶片前后缘头加工过程中的刀位计算方法和缘头边界判别方法,有效地避免了缘头处的刀具啃切和刀轴晃动现象。本文的刀位计算方法在叶片螺旋铣加工实践中取得了良好效果,提高了叶片生产效率,降低了生产成本。     

Corner rounding of linear five-axis tool path by dual PH curves blending

The widespread linear five-axis tool path (G01 blocks) is usually described by two trajectories. One trajectory describes the position of the tool tip point, and the other one describes the position of the second point on the tool axis. The inherent disadvantages of linear tool path are tangential and curvature discontinuities at the corners in five-axis tool path, which will result in feedrate fluctuation and decrease due to the kinematic constraints of the machine tools. In this paper, by using a pair of quintic PH curves, a smoothing method is proposed to round the corners. There are two steps involved in our method. Firstly, according to the accuracy requirements of the tool tip contour and tool orientation tolerances, the corner is rounded with a pair of PH curves directly. Then, the control polygon lengths of PH curves are adjusted simply to guarantee the continuous variation of the tool orientation at the junctions between the transition curves and the remainder linear segments. Because the PH curves for corner rounding can be constructed without any iteration, and those two rounded trajectories are synchronized linearly in interpolation, which makes this smoothing method can be applied in a high efficiency way. Its high computational efficiency allows it to be implemented in real-time applications. This method has been integrated into a CNC system with an open architecture to implement on-line linear five-axis tool path smoothing. Simulations and experiments validate its practicability and reliability.     

混凝土管片曲面自动抹平设备的设计

针对目前混凝土管片生产过程中主要靠人工实现圆弧曲面抹平的情况,设计一种三轴联动自动抹平设备。根据人工抹平混凝土曲面的方式,利用2个直线轴和1个旋转轴联动实现圆弧曲面的插补运动和刀具角度调节。电气控制系统以GSK25iMb数控系统为核心,运用时间分割插补法进行圆弧插补运算,实现对混凝土管片圆弧曲面的自动抹平。通过UG对圆弧曲面进行路径规划,保证刀轨覆盖整个圆弧表面。进行了现场实验,结果表明：抹平后的混凝土管片表面平滑无凹凸,可达到生产精度要求;该设备极大地提高了混凝土管片的生产效率。