刀具摆角对复杂曲面轮廓精度的影响研究

目的通过优化五轴联动加工中刀具摆角参数,基于后置处理技术提高复杂零件表面加工的轮廓精度。方法针对回转轴非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致零件轮廓精度低,提出了一种摆角优化方法。首先,对回转轴线性插补产生的刀具姿态误差进行分析,控制回转角的摆动幅度大小和初始位置;其次,将线性插补后的刀轴矢量投射到理论上始末两点矢量构成的平面上获得新的插补矢量,通过线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后,以某叶轮试件通过仿真及实际加工实验进行了验证。结果通过摆角优化方法后,叶片轮廓与理论轮廓的轮廓误差由0.08 mm减小到0.04 mm,最大过切量也由0.03 mm减小到0.01 mm。刀具摆角优化后,能大大提高复杂曲面零件的轮廓精度。结论基于后置处理技术对五轴机床回转轴摆角进行优化,在通用算法基础上加载角度优化算法,开发专用的后置处理器处理G代码程序,是一种提高复杂曲面加工轮廓精度的可行措施。实验验证了该方法的有效性。     

空间三维刀具误差补偿研究

目的研究空间三维状态下刀具误差补偿方法,提高多轴加工复杂自由曲面表面轮廓精度。方法首先对五轴加工中刀具与工件接触方式及刀具中心点、刀具接触点位置及矢量关系进行了分析,推导出空间刀具误差补偿数学模型,通过MATLAB初步对补偿算法进行了验证。基于双摆头式五轴机床运动学模型,结合刀具误差补偿模型,开发了带有刀具误差补偿功能的专用后置处理器。最后,通过开发的专用后置处理软件进行G代码转换,采用某叶片试件进行了仿真和实际切削实验,并对实验结果进行了分析。结果在复杂曲面加工中,通过合理的刀具误差补偿方法,可获得理论刀具尺寸下同样的表面质量及轮廓精度。刀具误差补偿值越小,补偿效果越明显,加工效果与理论结果越接近。叶片试件分别采用φ8、φ9、φ9.5及φ10刀具仿真加工,与理论φ10刀具加工的数据对比,三种尺寸刀具补偿加工后的残留误差差值分别约为0.08、0.06、0.04 mm,其中φ9.5的刀具误差补偿后的加工效果与理论结果最接近。结论采用刀具空间误差补偿方法,可获得与理论刀具一样的切削效果,有效提高零件的表面质量,不仅可以获得稳定的复杂零件轮廓精度,还可以减少辅助时间。误差补偿效果与实际补偿值的大小有关,补偿值越小,补偿效果越好。     

(A-C)式双摆台五轴机床刀具进给速度的研究

文章主要针对五轴加工中因刀具的进给速度选择不当会影响加工表面质量等问题,提出了一种旋转修正法解决此问题.在参考BV100五轴联动机床的后置处理算法的基础上.在JAVA语言环境下,结合旋转修正法,开发了BV100五轴联动机床的专用后置处理软件.通过对某叶轮的叶片进行加工比较验证了旋转修正法在多轴数控加工中具有良好的实用性.     

五坐标数控加工后置处理

五坐标数控加工后置处理西北工业大学刘雄伟，王增强，杨海成主题词五坐标联动，数控加工，后置处理１引言五坐标数控加工是指数控机床主轴的五个运动坐标同时作线性插补运动，使刀具走要求的空间轨迹，完成对复杂曲面零件的加工。一般来说，五坐标联动是指机床的Ｘ、Ｙ、...     

机床沿曲线高速进给加工的最大安全恒定进给速度的确定

分析了曲线、曲面轮廓数控加工中,刀具路径曲线的几何特性与机床运动学特性的关系,建立了机床沿曲线恒速进给的运动学方程;基于虚功原理推导出刀具路径几何特性、机床特性及电机特性等之间关系的动力学方程.并用解析法,计算了在各坐标轴加速度、伺服电机额定转矩及额定转速约束条件下,机床沿曲线进给时的最大安全恒定进给速度.在最大安全恒定进给速度范围内,选择合适的进给速度,既能使加工表面粗糙度均匀,保证加工表面质量,同时又能获得较高的高速加工效率.     

复杂曲面的NURBS插补算法

在高速高精的数控加工中,由于复杂曲面的曲率多变会引起轮廓误差增加、加速度增大、机床运行不稳定、工件表面质量下降等问题.作者采用改进的NURBS插补算法,根据自适应编程原理,实现轮廓误差自适应控制、加速度自适应控制、加减速度自适应控制等功能,既满足了高速高精加工中实时性好、精度高的要求,又解决了复杂曲面加工过程中由于曲率变化所引起的各种问题.     

基于UG的五轴联动机床后置处理器研究与实现

在UG前置处理输出的刀位文件的基础上,针对AC回转工作台式五轴联动数控机床结构,分析了后置处理中重要的机床运动轨迹坐标变换;就加工表面曲率变化较大时,旋转自由度大幅摆动导致加工表面质量下降的问题,提出了进给速度修正的方法.并论述了数控系统SIEMENS 840D特有的钻削循环类指令的后置处理方法.所开发出的后置处理程序的正确性通过在BV-100机床上某叶轮样件的加工得到了验证.     

五轴联动数控加工进给率规划方法

针对五轴联动数控加工中恒定机床进给率下加工刀尖点速度波动的问题,提出了同时考虑机床坐标系和工件坐标系下运动学性能约束的进给率规划方法.首先推导了机床坐标系和工件坐标系之间的运动学变换关系,然后综合考虑了机床各轴运动速度和加速度约束条件,以及刀尖点与工件相对运动速度与加速度约束条件,对各程序段中的机床进给速度进行规划.将该方法主要应用于后置处理,仿真结果表明,规划进给率后,加工时间比恒定进给速度下缩短了32.9%,加工速度更为平滑.     

UG固定轴曲面轮廓铣在三次B样条曲面加工中的应用

采用UG/CAM固定轴曲面轮廓铣作用于复杂轮廓表面时,刀具跟随轮廓表面形状实施切削,可以实现复杂轮廓的高精度加工.UG/CAM提供的加工仿真功能可以直观地仿真零件加工过程,检验加工路径、碰撞干涉以获得正确刀轨.其强大的后处理功能,可以结合实际的数控系统生成正确的NC加工程序.以具有双参数三次B样条曲面零件为例,提出UG/CAM固定轴曲面轮廓铣的CAM思路及方法.试验结果表明:采用UG/CAM固定轴轮廓铣可以在三轴数控机床完成复杂型面的半精加工和精加工,能有效地降低加工成本,具有很高的实际应用价值.     

刀具参数对非线性误差的影响规律及控制方法研究

针对复杂曲面五轴加工过程中,数控系统的插补原理会导致旋转轴在线性插补过程中偏离理想运动平面,继而引起非线性误差并严重影响曲面的加工精度问题,研究刀具参数对非线性误差的影响至关重要。根据五轴联动过程中刀具的运动规律建立了相应的运动方程,获得刀具参数对非线性误差影响的数学模型;应用MATLAB对3种类型刀具引起的非线性误差进行仿真分析,得到刀具参数对非线性误差的影响规律并提出有效控制非线性误差的措施;最后通过某叶轮的仿真加工验证刀具参数对非线性误差的影响规律。     

Machining accuracy improvement in five-axis flank milling of ruled surfaces

The aim of this study is to develop a new adjustment method for improving machining accuracy of tool path in five-axis flank milling of ruled surfaces. This method considers interpolation sampling time of the five-axis machine tools controller in NC tool path planning. The actual interpolation position and orientation between G01 commands are estimated with the first differential approximation of Taylor expansion. The tool swept volume is modeled using the envelope surface and compared with the design surface to determine the deviation, which corresponds to the machining error induced by the linear interpolation. We propose a feedrate adjustment rule that automatically controls the tool motion at feedrate-sensitive corners based on a bisection method, thus limiting the maximum machining errors and improving the machining accuracy. Experimental cuts are conducted on different ruled surfaces to verify the effectiveness of the proposed method. The result shows that it can enhance the machining quality in five-axis flank milling in both simulation and practical operation.     

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UG NX6.0充电器模具型腔的五轴数控加工

介绍了UG NX6.0的强大五轴数控加工,分析了五轴数控加工设计流程,以充电器模具型腔为加工对象进行了五轴数控加工设计,主要进行了充电器模具型腔的工艺设计,并且设计与实现了充电器型腔粗加工、可变轴曲面轮廓精加工及可变轴曲面轮廓进行清根加工,同时进行了2D仿真验证,执行了后处理,生成了实际可执行的五轴数控加工程序,对实际生产具有较强的借鉴意义。     

数控加工中变坐标问题的研究

针对多轴加工中心中机床无法加工死角或者干涉面的情况,添加能够变角度加工的刀具以实现不加装其他旋转轴或者翻转平面加工垂直刀具无法接触到的加工面,从而达到无需改变机床结构就可以增大其加工范围和适应性的效果,并能减少工件重复装夹次数,提高加工精度和效率。通过TCL语言对该后处理进行定制,达到自动判断实际加工时需要的G17/G18/G19平面,并且进行稳定的圆弧插补、直线插补、进刀和退刀,保证加工的安全性和准确性;除此以外,还加入了人性化的刀具列表和参数错误报警,为操作技师提供了很好的辅助参考;最后通过仿真实验证明该定制后处理可以在侧铣头加工中稳定、高效的使用,并获得较好的加工效果。     

基于UG NX6.0充电器凹模五轴数控加工设计与实现

介绍UG NX6.0强大的五轴数控加工能力,分析五轴数控加工设计流程,以充电器凹模为加工对象进行了五轴数控加工工艺设计,并且实现了充电器凹模的型腔粗加工、可变轴曲面轮廓精加工及可变轴曲面轮廓清根加工,同时进行了2D仿真验证,通过后处理生成了实际可执行的五轴数控加工程序,对实际生产具有较强的借鉴意义。     

基于多轴运动控制方法的高速切削复合轨迹研究

为了解决复杂曲面数控加工中的高速数控加工问题,从过程集成控制的角度构建了多轴平滑运动模型、插补控制、位置跟踪等。速度优化模型采用数学方法,构造了加、减速控制。速度预处理中通过简化优化模型,提出了柔性加减速控制算法,并对其进行了优化设计。为了克服高速进给系统的非线性影响,通过引入新的加速度和速度的前馈控制,提出了高速位置跟踪算法;实现了基于双核处理器的嵌入式数控系统,且该结构能保证六轴插补周期的要求。现场数据显示该系统在高速运动平稳性好,能满足叶轮复杂轨迹控制要求等。     

双摆台五坐标铣削后置处理软件Star-Fpost研究

针对MIRON UCP800双摆台立式五坐标加工中心,研究其五坐标加工的数学模型.推导出刀心和刀轴矢量六坐标转换成AC双摆台式五坐标的算法公式.利用坐标矩阵转换的方法实现直线圆弧插补刀轨源文件到机床代码的后置处理过程.使用面向对象程序,采取逐行读取刀轨文件关键字触发的方式,开发了专用的五坐标铣削后置处理软件Star-Fpost,在VERICUT仿真环境中完成五坐标机床的建模,在UGNX通过三元整体轴径流式叶轮的仿真加工,仿真结果验证了后置处理软件的功能,可以为MIKRON UCP800五坐标机床实际加工提供参考.     

Feed optimization for five-axis CNC machine tools with drive constraints

Real time control of five-axis machine tools requires smooth generation of feed, acceleration and jerk in CNC systems without violating the physical limits of the drives. This paper presents a feed scheduling algorithm for CNC systems to minimize the machining time for five-axis contour machining of sculptured surfaces. The variation of the feed along the five-axis tool-path is expressed in a cubic B-spline form. The velocity, acceleration and jerk limits of the five axes are considered in finding the most optimal feed along the tool-path in order to ensure smooth and linear operation of the servo drives with minimal tracking error. The time optimal feed motion is obtained by iteratively modulating the feed control points of the B-spline to maximize the feed along the tool-path without violating the programmed feed and the drives’ physical limits. Long tool-paths are handled efficiently by applying a moving window technique. The improvement in the productivity and linear operation of the five drives is demonstrated with five-axis simulations and experiments on a CNC machine tool.     

叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究

叶轮叶面的制造质量直接影响其运行的效率、性能、流体动力稳定性、工作可靠性和使用寿命等.从具体叶轮零件结构与工艺性分析人手,通过叶轮叶面的三维建模和加工程序调试、仿真分析与刀具轨迹验证,研究叶轮数控加工策略和加工关键技术.经过分析叶轮零件的加工质量,明确了控制插补弦长、插补周期和进给速度、刀轨残留误差,可以控制五轴数控加工的误差,保证制造质量.以叶面造型的轴向截线为加工依据,解决了刀具切削间隔的计算和刀路轨迹的求解,并进行了仿真分析.实践证明:采用五轴数控加工中心对叶面进行截面法加工,避免了加工干涉,容易实现曲面间的光滑走刀,提高了叶片的加工效率和质量,降低了加工成本.