非可展直纹面侧铣刀具插补轨迹优化方法

针对圆柱刀侧铣加工非可展直纹面的刀路规划问题，将刀具线性插补轨迹与理论轨迹面之间的几何偏差考虑到刀位优化中。首先从设计曲面的两条引导线偏置并离散成初始刀位，提出网格法构建刀位点处的误差函数，运用动点寻优的方法优化初始刀位的刀轴矢量。在此基础上，构建了插补轨迹面与理论刀具轨迹面之间的几何偏差分布模型，调整刀位点以减小相邻刀位间的几何偏差，在无需增加刀位点的情况下使刀具插补轨迹面逼近理论刀轴面。实验结果表明，优化后的加工曲面误差波动范围减小，最大误差值降低了35.78%。     

圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种直观简便的刀轴轨迹生成方法。利用圆锥面的性质,给出法向映射曲线的定义即刀具轴线上诸点在设计曲面上的法向投影点的集合,将刀具包络面向设计曲面的逼近问题转化为每个刀位下法向映射曲线与特征线的最小二乘逼近问题,并给出刀具包络面尚未形成时单刀位下理想特征线的生成方法。用两点偏置法生成初始刀位,以此为基准,利用刚体运动学方法将刀轴位姿描述为3个回转与3个平移运动参数的函数,从而建立单刀位优化条件与6个运动参数的非显性的函数关系。采用拉丁超立方的试验设计方法求解,分析并优选计算过程中的影响因素,得到最优刀位,进而获得优化后的刀轴轨迹面。实例计算可知,刀轴优化后的包络误差显著降低,并且计算结果稳定。该方法可为非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工提供一定的理论依据。     

非可展直纹面侧铣加工的最小二乘刀位规划方法

将圆柱刀和圆锥刀侧铣非可展直纹面的理论模型归结为刀具曲面与设计曲面的最佳平方逼近问题。该方法从刀具轴线出发,以被加工曲面的刀位规划误差为纽带,得到刀具曲面上的一条映射曲线,该曲线能够表征刀具曲面与被加工曲面的贴近程度,进而提出了确定刀具位置的最小二乘逼近模型和解算方法。通过数值算例与两点偏置法、三点偏置法和UG数控加工模块加工的结果进行比较,分析了其误差分布规律。结果表明,所提方法的几何残留误差较小,可为非可展直纹面的侧铣加工提供一定的参考依据。     

基于特征的直纹面5轴侧铣精加工刀位计算方法

提出了基于加工特征的直纹面5轴侧铣精加工刀位轨迹的计算方法,给出了误差估算方法。通过对直纹面微分几何特性的研究,用扭曲度来刻画直纹面特征,将直纹面划分为可展化曲面和非可展化曲面。对于可展化曲面,通过调整直纹面上母线方向的变化规律,使之成为可展曲面,以便在加工中获得无脊棱的光滑曲面;对于非可展化曲面,提出用最小偏置角原理来求取刀轴矢量,以使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小,最终获得无干涉刀位轨迹。     

整体叶轮五轴侧铣刀位优化新算法与误差分析

为提高整体叶轮数控侧铣加工的精度和效率,分析厂锥形球头铣刀包络面与刀轴轨迹面之间的关系,提出了一种不可展直纹曲面五轴数控侧铣刀位优化的新算法.该算法首先利用两点偏置法确定圆柱刀初始刀位,然后通过刀轴旋转半锥角得到锥刀初始刀位,最后以刀具包络面与设计曲面间的极差最小为优化目标.采用刀轴上三点优化初始刀位.针对锥刀侧铣加工编程误差计算复杂问题,建立了一种编程误差计算新方法,并成功应用于整体叶轮的锥刀编程误差计算.通过数控加工仿真实例、实际加工试验和编程误差综合对比分析证明,所建立的刀位计算优化新算法正确有效,可显著减小编程误差.     

圆锥刀五轴侧铣加工刀具路径整体优化原理与方法

三维曲面加工制造是通过刀具刃口的运动扫掠面逼近设计曲面来实现的.针对单行侧铣加工,定义用于评价设计曲面与加工曲面之间偏差的点-刀具包络面有向距离函数.基于刀具包络面的双参数球族包络表示,提出无须构造包络面而直接计算该有向距离的方法,并推导出其关于刀轴轨迹面形状控制参数的一阶梯度表达式,以定量刻画刀具路径的改变对加工曲面法向误差的影响.在此基础上构造基于导数信息的刀具包络面向设计曲面的离散点云的最佳一致逼近算法,并应用序列线性规划算法来求解该约束优化问题,实现圆锥刀五轴侧铣加工刀具路径的整体优化,应用于叶轮叶片加工的实例表明该方法能够显著提高加工精度.有关理论和方法同样也适用于一般回转刀具的侧铣加工规划.     

五轴数控机床伺服跟随误差对S形试件法向轮廓误差影响

以圆柱铣刀侧铣加工包络特征线求解模型为基础,建立刀具运动误差与侧铣加工曲面法向误差的微分关系,为机床误差与侧铣切削试件表面轮廓误差映射关系研究提供基础。以AC双摆头机床为研究对象,搭建机床伺服轴模型,仿真分析加工S形试件时机床伺服驱动轴跟随误差特性。建立侧铣加工法向轮廓误差微分模型,研究伺服跟随误差在S形试件法向轮廓误差的影响。     

圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工整体叶轮叶片曲面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种可行的刀轴轨迹生成方法。该方法首先根据两点偏置法给出初始的刀轴面,然后利用圆锥面的几何性质调整优化刀轴位置,"强制"刀具面与叶片曲面每瞬时线接触,建立以刀轴位置为变量的刀具面上多点与叶片曲面相切的超定方程组,并用最小二乘法求解。利用共轭曲面的数字仿真原理,以叶片曲面为基准面,以其上发出的标杆射线为纽带,建立刀具包络面与叶片曲面之间的误差计算模型,并给出加工干涉的判定依据。实例计算表明,刀轴优化后的包络误差显著降低,验证了所提方法的有效性。     

基于两重包络原理的圆柱凸轮加工刀位控制方法研究

以对心直动圆柱滚子从动件槽形圆柱凸轮为例,应用共轭曲面理论研究基于两重包络原理的加工圆柱凸轮廓面的刀位控制方法,推导出圆柱凸轮实际廓面方程及基于两重包络原理的非等价加工圆柱凸轮廓面的刀具创成廓面方程,并对理论加工误差进行了分析.     

基于响应面方法的圆锥刀侧铣非可展直纹面的刀位优化

在非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工中,刀位优化是减小原理性误差的关键,目前还存在着刀位优化方法复杂或刀位优化后加工精度不高的问题,难以解决。针对上述问题提出一种基于响应面的刀位优化方法。利用设计曲面(非可展直纹面)发出的法向标杆射线,将刀具包络面表示为设计曲面的相伴曲面,并以连续刀位截得的最小标杆值表示包络误差。证明了标杆最小值条件与包络条件的等价性,针对某一瞬时刀位,将设计曲面上通过刀轴的法向标杆定义为特征标杆,在此基础上提出单刀位最优位姿的判定条件:刀具截得的各特征标杆长度的平方和为最小。基于面心组合实验设计方法,结合刀轴位姿空间的逐代压缩策略,再利用响应面方法建立优化目标函数与位姿参数的显式函数关系,进一步得到刀具最优位姿参数。通过实例计算和对比分析证明了所提方法的有效性。结果表明,采用该方法可以提高刀具位姿的最优化性能,模型拟合精度高,预测结果准确,并可以显著降低曲面全域的包络误差。