基于GA—NOA优化算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对非可展直纹面的圆柱刀侧铣加工,提出了一种基于遗传算法(GA)和非线性规划(NOA)混合算法的优化方法。首先,采用两点偏置法确定初始刀轴矢量,在此基础上,引入了单刀位下的误差度量函数,即刀轴上各点到非可展直纹面的距离与对应各点到圆柱面的距离差值的平方和最小来实现单刀位的优化结果。进而对整体刀位优化问题,提出了基于遗传算法和非线性规划混合算法进行整体刀位。仿真计算结果表明,该方法在单刀位下的优化过程简单,结果精度高,优化后位姿集合形成的刀具包络误差小,对非可展直纹面侧铣加工有一定的实际意义。     

基于原位检测的类直纹面整体式叶轮高效侧铣加工技术研究

提出了一种基于原位检测的类直纹面整体式叶轮曲面的侧铣加工方法。将类直纹面重构为近似直纹面,提出了类直纹面整体式叶轮可侧铣的判定条件;针对非可展直纹面刀轴矢量的求解方法,给出了解析算法;最后对类直纹面叶轮五轴刀路进行了仿真并进行了实际数控加工实验,验证了该算法的正确性。     

侧铣不可展直纹面模具原理性加工误差计算方法

分析了侧铣不可展直纹面模具的原理性加工误差的来源及特点，提出通过计算被加工表面各点到刀具旋转轴扫掠面的距离以确定误差分布，为刀位主动补偿和后续加工提供了依据。采用有限次离散和平面替代的方法求取点到曲面之间的距离，根据求解精度要求确定曲面最小离散次数，提高了计算效率，平面替代法将问题简化为可精确求解的点到平面的距离问题。实例通过与三坐标测量结果的对比验证了算法的可靠性。     

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。     

基于误差分析的复杂曲面可侧铣判定方法研究

基于复杂曲面侧铣加工误差计算,提出了一种曲面能否通过侧铣实现高精度加工的判定方法,该方法适用于任意直纹和非直纹曲面。侧铣加工误差为待加工理论曲面与刀具运动包络曲面之间的距离,在此基础上,应用整体最优刀具路径下的最大几何偏差进行曲面可侧铣判定依据。数值仿真算例表明:该方法不仅能够有效地判定曲面能否侧铣,同时能够输出满足误差要求的最优刀具路径,加工实验也表明该方法能够极大地提高加工效率。     

鼓形刀密切法加工复杂曲面刀位轨迹生成

复杂曲面加工的刀具路径规划以往多是针对圆柱刀,圆锥刀等外形相对简单的刀具。与此相比,鼓形刀曲率可以很大,位姿变换较为灵活。为扩展其在凹形曲面等直纹面侧铣加工中的应用,基于密切法加工模型构架,引入鼓形刀侧圆弧半径和纬线半径,推导鼓形刀侧铣加工刀轴矢量、刀心位置的公式表达。根据密切法加工适应判别条件,由刀具几何性质论证了鼓形刀密切法加工条件不仅与曲面曲率有关,还受刀具姿态本身影响。通过算例验证了鼓形刀密切法加工刀位轨迹生成的可行性。     

压气机叶轮叶片四坐标侧铣加工干涉误差的分析与计算

用圆柱形铣刀的侧刃加工非可展直纹面叶片时将带来较大的干涉误差，本文从理论上分析了于涉误差产生的原因及其误差的计算公式，提出了减小误差的一些方法和措施。     

侧铣加工空间刀具半径补偿技术实现

通过对侧铣加工空间刀具半径补偿算法的研究,建立刀具和工件模型,并对其进行了求解和公式推导。对任意侧铣加工曲面进行偏置计算,生成带有刀具半径补偿的侧铣偏置曲面,从而解决了侧铣加工中曲面偏置位置的问题,实现了侧铣加工空间刀具半径补偿,该方法的应用为数控系统研究侧铣空间刀具半径补偿提供了参考。     

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。     

数控刻楦中刀轴矢量平滑化及仿真

为了解决数控刻楦中刀轴矢量方向相对鞋楦表面法向频繁变换而造成冲击或发生干涉等问题,提出一种刀轴矢量平滑化插值方法。在确定刀触点的情况下,根据鞋楦表面的微分几何性质确定刀轴矢量方向。采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀：根据鞋楦误差要求,采用几何变换方法分析切削工步的起始和结束刀触点处的刀轴矢量变化状况。据此估计刻楦误差。以某规格鞋楦数控刻制过程为例对刀轴矢量光顺化方法进行仿真。结果表明,该方法可以避免刀轴方向频繁变换,并有效地提高加工精度。     

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。     

用金刚石磨头数控加工轴对称非球面光学玻璃透镜

为了提高轴对称非球面透镜的形状精度,降低其精加工成本,用金刚石小磨头在不同的加工参数和数控走刀轨迹条件下对K9光学玻璃透镜进行铣磨实验加工。透镜的轮廓精度用三坐标测量机测量,通过测量的数据点计算非球面透镜的法向轮廓度误差,并用数控加工时磨头的有效切削半径进行补偿。实验结果表明:当数控走刀轨迹为平行精加工和等高精加工时,加工后非球面透镜的面型精度最大轮廓度偏差PV和误差平均值RMS分别为54.48 μm和22.88 μm、98.46 μm和28.88 μm;通过优化金刚石磨头的有效切削半径可以提高非球面透镜加工的面型精度,平行精加工后优化的非球面透镜面型精度PV和RMS值分别为44.52 μm和7.37 μm。      

2D恒定进给刀路修正在不规则型腔加工中的应用研究

对于2D端铣加工精加工,针对Stori和Wright提出的2D轮廓加工恒定切削率刀具路径生成方法,提出一种新的刀具路径修正算法,通过生成一条新的偏置刀路来调节切削进给,即修正半精加工的刀具路径,使精加工中刀具在精确的偏置刀路上以一个恒定的速率进行加工,减少刀具的偏斜和切削力的变化。在一个复杂的不规则型腔的加工中应用此算法,结果表明精加工阶段的切削力被维持在一个恒定的水平。该算法改善了曲面的加工质量,缩短了加工时间,在提高加工效率和精度方面具有优势。     

五坐标侧铣数控加工计算方法

本文介绍了五坐标侧铣数控加工中的切削宽度计算公式及插补段内加工误差计算公式,并对其刀轴控制方法进行了详细的分析,给出了刀位计算公式,最后举例说明了切削宽度、加工误差及走刀步长的计算方法。     

基于刀具姿态控制的指令点插补算法

为克服五轴数控加工中忽略刀具姿态控制所带来的旋转轴速度和加速度不连续等问题,提出一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补算法。该算法根据给定的数控加工程序确定刀尖点位置集合和刀轴矢量集合,分别采用样条曲线对离散刀尖点和刀轴矢量进行拟合,得到刀尖点曲线和刀具姿态曲线,在此基础上进行指令点插补。实验结果表明,该算法能够将离散刀轴矢量拟合成位于单位球面的二阶连续曲线,保证旋转轴速度和加速度的连续性。     

螺旋锥齿轮端铣加工刀位计算方法

针对螺旋锥齿轮在数控加工中心上加工效率低的问题,提出利用盘状铣刀对螺旋锥齿轮进行端铣的加工方法.由螺旋锥齿轮齿面及刀具的几何特征,调整铣刀与被加工齿面的相对位置,使齿面与刀具包络面的法截面相对法曲率最小,增大切削带宽,同时控制刀轴矢量调整切削深度避免加工干涉.最后将规划的加工刀位转化到数控机床轴上,利用VERICUT进行加工仿真验证该方法的可行性与正确性.     

螺旋锥齿轮端铣加工刀位计算方法（英文）

针对螺旋锥齿轮在数控加工中心上加工效率低的问题,提出利用盘状铣刀对螺旋锥齿轮进行端铣的加工方法。由螺旋锥齿轮齿面及刀具的几何特征,调整铣刀与被加工齿面的相对位置,使齿面与刀具包络面的法截面相对法曲率最小,增大切削带宽,同时控制刀轴矢量调整切削深度避免加工干涉。最后将规划的加工刀位转化到数控机床轴上,利用VERICUT进行加工仿真验证该方法的可行性与正确性。     

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。     

自由曲面等误差数控加工刀轨生成方法

等误差刀轨的逼近误差等于设定的最大允许值(阈值),步长达到了理论最大,能够有效提高数控加工的进给速度和平顺性,为了对自由曲面高效地生成满足精度要求的等误差刀轨,提出以几何距离驱动刀触点调整的等弓高误差刀触点迭代搜索方法,提出以刀具切削包络面与刀触点轨迹线之间的最大距离作为逼近误差、采用自适应离散法进行计算的方法;然后以等弓高误差刀触点的刀位点作为初值,提出步长自适应调整迭代的等误差刀位点计算方法;最后对算例计算出等误差刀轨验证了算法的可行性,所有刀位点的逼近误差均位于指定的阈值邻域内,满足了等误差要求,与常用的步长筛选法相比,计算时间更短、刀位点更少。