球面刀在数控加工中的存在问题及改进方法

论述了球面刀在自由曲面的切削加工中存在的若干问题，着重分析了在三坐标数控机床上球面刀加工会导致自由曲面的几何形状误差以及改进方式，探讨了用平头立铣刀替代球面刀完成自由面切削加工的方法。     

空间自由曲面非球面刀加工轨迹自动生成的新原理和计算方法

针对现有的空间自由曲面数控编程系统和CAD/CAM软件,往往只能生成球面刀加工轨迹,以及实际切削加工中极少采用球面刀,多用小直径的立铣刀等非球面刀来替代球面刀完成空间自由曲面的切削加工这一现状,提出了一个在空间自由曲面上生成非球面刀加工轨迹的新方法——点涉法。只要给定空间自由曲面的参数表达式,就可选用点涉法生成该曲面的非球面刀加工轨迹。     

运用点涉法原理确定平头立铣刀三轴联动数控加工轨迹

针对现有的空间自由曲面数控编程系统和ＣＡＤ／ＣＡＭ软件只能生成球面刀三轴联动数控加工轨进的局限性，以及实际切削加工中较少采用球面刀，多用小直径平头立铣刀等非球面刀来替代球面刀在三轴联动数控机床上完成空间自由曲面的切削加工这一现状，本文根据点涉法原理推导出在空间自由曲面上生成平头立铣刀三轴联动数控加工轨迹的算法。只要给出被加工曲面的参数表达式，就可以利用该算法在被加工曲面上确定平头立铣刀的三轴联动数控加工轨迹。     

运用点涉法原理确定平头立铣刀三轴联动数控加工轨迹

针对现有的空间自由曲面数控编程系统和ＣＡＤ／ＣＡＭ软件只能生成球面刀三轴联动数控加工轨迹的局限性，以及实际切削加工中少采用球面刀，多用小直径平头立铣刀等非球面刀来替代球面刀在三轴联动数控机床上完成空间自由曲面的切削加工这一现状，本文根据点涉法原理推导出在空间自由贡面上生成平头立铣刀三轴联动数控加工轨迹的算法。只要给出被加工曲面的参数表达式，就可以利用该算法在被加工曲面上确定平立铣刀的三轴联动数控加     

超精密慢刀伺服金刚石车削加工的关键工艺问题研究

根据超精密慢刀伺服金刚石车削加工原理,以自由曲面为例,系统地分析了超精密慢刀伺服加工中工件面型对刀具参数和关键切削工艺参数的特殊要求,进一步归纳提出了复杂曲面慢刀伺服车削中的刀具选择和设计准则。该研究工作同时借助Nanotech 250 ULv2机床和UG对切削方向与刀触点布局方式,以及关键切削工艺参数进行了慢刀伺服加工路径仿真和超精密车削试验研究。结果表明合理的切削方向与刀触点布局及加工工艺参数选择,有助于实现自由曲面工件高效稳定可控的超精密慢刀伺服加工。     

自由曲面的五坐标端铣加工研究

针对自由曲面的五坐标端铣加工，建立了平底刀有效切削轮廓的数学模型，分析了刀具姿态对有效切削轮廓及加工效率的影响。沿行距方向，通过对被加工曲面法截线的偏置曲线与有效切削轮廓求交，得到一种走刀行距的计算方法。探讨了影响走刀行距的因素，在不发生干涉的前提下，小的后跟角和侧偏角有利于加工行距的提高。结合平底刀加工不发生过切的充要条件和被加工曲面沿行距方向的法曲率，给出了后跟角的自动计算方法。算例表明，所提出的走刀行距及刀具倾角的计算方法合理可行，能够有效提高计算精度和加工效率。     

基于正向杜邦指标线的五坐标侧铣加工

为实现叶轮类零件的多坐标侧铣加工,通过引入正向杜邦指标线,利用鼓锥形刀对自由曲面的五坐标侧铣加工进行研究。针对具有严格凸切削刃的侧铣加工刀具,提出不发生局部干涉的充要条件是切触点处刀具曲面的正向杜邦指标线位于被加工曲面的正向杜邦指标线之内。给出利用鼓锥形刀侧铣加工自由曲面时实施干涉检查的判断准则以及消除干涉的修正方法,推导出具有严格凸切削刃的刀具在给定的残留高度下侧铣加工带宽的计算方法。在此基础上,利用等残留高度法实现鼓锥形刀侧铣加工自由曲面无干涉刀具轨迹的生成。算例表明,在相同残留高度下,鼓锥形刀侧铣较之球头刀加工效率提高37.44%,说明侧铣加工是提高切削效率和加工质量的一种有效途径。     

微透镜阵列单点金刚石车削补偿技术

为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性,提出了加工误差的理论模型,并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究.将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工,通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型,计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径;结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型,进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列...     

空间自由曲面三坐标平头立铣刀数控加工系统

一、前言 自由型曲面的CAM技术一直是机械CAD/CAM研究的一个重要课题。国内外有关空间自由曲面的CAM技术的研究多集中在球头刀加工的方法上。采用球头刀具加工自由曲面虽然具有编程计算及干涉处理简单的特点,然而球头刀又因其在切削加工中存在一些不足,非球面形状刀具(平头立铣刀、锥状刀、成形刀等)在曲面加工中的重要性正逐渐为人们所认识。特别是平头刀,其作用更加显得突出。我国三坐标以上的数控机床数量尚少,所以研究使用平头立铣刀数控加工空间自由曲面,就更有实际意义。     

基于临界约束的四轴数控加工刀轴优化方法

针对自由曲面四轴加工中复杂刀具运动导致的干涉和刀具运动不连续等现象,提出一种基于临界约束的刀轴优化方法。基于刀具与工件约束曲面之间的相对位置关系,利用曲线上的点搜索算法确定切触点处的临界刀轴矢量,并计算当前切触点刀轴摆动的可行域;以切削行内所有切触点的刀轴可行域为基础,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现了自由曲面四轴加工无干涉刀轴矢量的光顺控制。整体叶盘四轴加工试验表明,利用此方法获得的刀轴矢量可以显著改善机床运动的连续性,并避免刀具干涉的产生,提高了加工质量。     

虚拟制造中基于刀具变形的复杂曲面加工误差预报

复杂曲面加工过程中刀具的弹性变形是产生曲面加工误差的重要原始误差。着重研究了虚拟制造环境下基于球面铣刀弹性变形的曲面加工误差预报模型。研究并建立了球面铣刀加工复杂曲面的切削力模型和刀具弹性变形模型,在此基础上,分析了曲面生成机理,提出了利用曲面变形敏感系数建立刀具弹性变形对法向加工误差的影响关系。利用该模型可以在实际切削加工前对曲面加工误差进行预报,用以进行误差补偿或切削参数优化。最后,以二维半圆形拉伸曲面为例通过切削实验对本文提出的模型进行了验证。     

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。     

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.     

用极坐标投影法产生自由曲面铣削刀具路径方法的研究

应用微分几何工具,计算自由曲面的法矢、主曲率及其极值。由于自由曲面多采用多轴加工,且应考虑干涉、刀具轨迹规划和切削行距的确定等问题,故提出用极坐标投影法获得刀轴矢量和干涉区域的方法,通过刀触点偏移一定矢量长度的方法,可以得出切削行距及刀具轨迹。通过获取刀轴矢量的平滑变化,提出了求取刀具路径的方法从而避免了刀具碰撞的发生。     

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。     

覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

微晶材质自由曲面反射镜精密超声铣磨加工技术

自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度,应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善系统质量,在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了满足离轴反射式自由曲面空间光学遥感系统的快速、高精度研制需求,本文瞄准微晶材质、复杂连续曲面类自由曲面反射镜超声铣磨加工表面粗糙度和亚表面质量的提升目标,开展了主轴转速、切削深度、进给量等主要工艺参数的优化实验和研究,完成了300mm口径自由曲面反射镜的建模分析和超声铣磨加工,最终铣磨加工表面的面形精度达8.89μm PV,亚表面损伤层深度低于18μm,实现了自由曲面光学反射镜的高精度、低损伤铣磨加工,能够有效降低后续研抛加工的材料去除总量,缩短整个加工周期。     

基于机床运动模型的走刀步长计算方法

为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率,通过特定机床结构运动建模,对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床,在建立机床运动传递关系的基础上,实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解,构建机床运动模型。基于此,分析切削误差产生机理,推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系,迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明,在相同的允许误差条件下,本文算法较之传统变步长方法,最大误差降低了37.01%,而平均步长相对于等步长方法,增加了8.91%,说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差,并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。     

等前角剐齿刀设计计算方法

针对目前剐齿加工生产中加工工件表面质量差,左右齿面加工精度不一致的问题,提出了一种等前角剐齿刀的设计计算方法。根据待加工工件齿面的几何特征和剐齿加工的运动关系,基于曲面共轭原理,求取工件齿面共轭面;选择球面作为初始前刀面,以无理论刃形误差为目标,采用齿面共轭面与初始前刀面的交线作为切削刃;根据切削前角一致性原则对初始前刀面进行再设计,沿切削刃构造前刀面;通过模拟刃磨,求取一系列无理论刃形误差的切削刃,依次构造后刀面,最终获得完整的具有相等切削前角的剐齿刀具;通过计算实例验证该设计计算方法的可行性和有效性。     

基于公差约束的复杂曲面宽行加工方法

为了提高复杂曲面环形刀加工的加工效率,结合设计公差带,对复杂曲面的宽行加工算法进行研究.借用二阶泰勒逼近方法计算整条切削轨迹的切削带宽,根据设定的切削带宽比率阈值对其进行切削带宽可调整性评估;针对符合可调整性的切削轨迹,分析影响切削带宽的切触点,在公差约束范围内,将实际切触点沿其所在位置曲面法矢反方向平移一段合适的距离,从而反算出最优的切削带宽.通过分析切触点变化后曲面性质对切削带宽的影响,说明了公差约束思想在宽行加工算法中具有通用性.算例表明,与二阶泰勒逼近算法相比,该方法能大幅度地提高切削带宽,提高量可达到原切削带宽的26.5％,同时,切触点轨迹长度缩短了22.7％;仿真结果验证了该方法在复杂曲面环形刀宽行加工中的有效性.