复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

复杂曲面数控加工刀具轨迹规划技术研究进展

刀具轨迹规划一直是复杂曲面数控加工中的重点研究内容。针对复杂曲面轨迹规划的关键技术,对现有轨迹规划算法的发展与现状进行了综述,同时对刀具干涉类型、干涉消除算法以及行距和步长的确定进行了总结。分析了当前研究中的不足,指出一些新的研究成果尚不能完全满足工程实际需求,认为复杂曲面加工刀具轨迹规划技术应兼顾理论研究与实际应用,并考虑机床的运动学与动力学特性以实现高效、高速加工。     

五轴端铣摆线齿轮刀具轨迹规划及试验研究

提出以端面铣刀代替球面铣刀端铣摆线齿轮齿廓的加工方法。利用前倾角和侧倾角分别解决端铣刀局部干涉与刀杆碰撞干涉问题的方法,得出无干涉加工摆线齿轮刀轴前倾角的计算公式。建立端铣摆线齿轮的几何模型和五轴数控仿真模型,获得其无干涉刀具轨迹。利用五轴联动立式加工中心实现摆线齿轮的高速端铣加工,得到精加工的摆线齿轮样件,并对精加工的摆线齿轮齿廓的精度和表面粗糙度进行了测量和分析。该摆线齿轮样件的最大偏差值为0.051 mm,最小偏差值为-0.085 0 mm,所测齿廓表面粗糙度的平均值Ra为0.504 6μm。研究结果表明:高速端铣摆线齿轮的加工方法可以达到磨削摆线齿轮的加工精度,实现了摆线齿轮加工的"以铣代磨"。     

五坐标端铣刀加工复杂曲面轨迹的规划

针对复杂曲面加工干涉现象,提出一自动识别的系统,该方法通过计算曲面曲率来判别是否干涉并消除干涉。该算法明显减少了刀具路径生成时间,提高了加工效率。     

复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法

提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法。该算法在保证刀具不与被加工曲面发生干涉的基础上 ,使得刀具扫描面与被加工曲面在刀触点处切平面上每个方向的曲率相匹配 ,由此规划的等残留高度刀具轨迹能改善曲面加工精度和加工效率     

复杂曲面五轴侧铣加工的运动学优化方法

针对五轴侧铣加工中刀轴的运动可能导致加工材料过切与效率低下的问题,提出采用多约束自适应的刀轴运动学优化方法来解决该问题。建立球头铣刀在刀具路段上的运动学模型,通过分析刀轴运动对刀刃微元去除材料的影响,确定刀轴运动优化的约束条件。在虚拟环境中仿真复杂曲面五轴侧铣加工过程,通过自适应控制器调整刀轴运动速度,使机床在多约束加工条件下最大限度地发挥其工作潜能。整个刀轴运动规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,最后将优化结果存储在每个刀位点上。仿真与实验结果表明,刀轴自适应控制的运动学优化方法有效可行,为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具。     

NURBS曲面五轴加工刀具路径规划技术研究

提出了基于等照度线的刀具路径规划方法,采用等照度线对曲面进行分区,根据曲面特征采用不同的刀具路径规划方法,兼顾效率的同时尽可能提高加工精度。通过加工实验与传统刀具路径规划方法进行对比,表明本方法在加工效率和加工精度方面都优于传统方法。     

轴流式叶轮端铣加工刀具轨迹生成研究

为提高曲面求交算法的计算效率,改进五坐标自由曲面端铣加工在工程应用中的不足,对轴流式整体叶轮端铣加工的关键技术进行了研究。利用B样条曲线的局部性质,通过恰当选取迭代初始值,提高了曲面求交算法的计算效率;改进了参数筛选法确定刀具轨迹步长的算法,缩短了生成程序的长度,提高了加工效率。依据上述算法自主开发了轴流式整体叶轮专用计算机辅助设计/计算机辅助制造软件,并对该软件生成的刀具轨迹进行了仿真和实际加工验证。仿真和实验结果证明本文提出的算法切实可行,对开发具有自主版权的计算机辅助设计/计算机辅助制造软件有一定的借鉴意义。     

复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法

在对等残余高度刀具轨迹规划算法加工参数曲面研究的基础上,提出带有误差补偿值的复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法——高精度刀轨误差补偿算法。通过分析刀触点及与之相应的相邻路径上的粗、精刀位对应点间的关系,引入误差补偿值以提高精对应刀位点的求解精度,得到经过合理简化的误差补偿值表达式,并得出粗、精对应刀位点与理论刀位点的距离误差表达式。高精度刀轨误差补偿算法可以在满足插补运算实时性要求的前提下,使相邻轨迹上与刀触点相对应的刀位点的参数值计算精度得到极大提高,进而提高复杂参数曲面的加工刀具轨迹精度。以使用平底铣刀为例进行仿真加工,结果表明高精度刀轨误差补偿算法适合进行对复杂参数曲面的高精度加工。     

复杂曲面加工干涉避免及轨迹的规划

对复杂曲面进行分析,通过调节后跟角和摆动角来避免刀具与被加工曲面发生干涉,并提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法,以改善曲面加工精度和加工效率。     

两类参数曲面的高精度刀具轨迹规划

在曲面加工参数线法的基础上,提出引入误差补偿值的参数曲面高精度刀具轨迹规划算法(HPTPPAC)。通过引入误差补偿值,HPTPPAC在满足插补运算实时性要求的前提下,使插补点的参数值计算精度得到极大提高,有利于降低进给速度波动,实现高速切削。在使用平底刀五座标加工的条件下,证明HPTPPAC算法对两类曲面的适用性。实例表明HPTPPAC可以提高曲面的加工精度。     

带倒角平底刀曲面加工无干涉刀具轨迹生成

对自由曲面ＮＣ加工中刀具轨迹生成技术和干涉处理方法进行了分析,以曲面模型→刀具接触点数据→无干涉刀位数据为基本求解策略,研究开发出适用于带倒角平底刀无干涉刀具轨迹生成的新算法。该算法具有干涉检测彻底、处理效率高、稳定性好等优点。     

An Operation Planning System for Multi-Axis Milling of Sculptured Surfaces

Multi-axis milling of sculptured surfaces with cylindrical or toroidal cutters has many advantages compared to the use of three-axis milling with ball nose cutters. Surfaces to be machined are often of complex shape and characterised by convex, concave and saddle areas. Today, CAM-systems do not support the user in the selection of the different operations in order to finish the workpiece. This paper describes an operation planning system, which facilitates process planning for the multi-axis machining of sculptured surfaces. The core of the system is surface analysis, which divides the surfaces into regions, each characterised by a preferred milling direction and tool diameter. Further, for each region or set of regions, a drive surface is constructed that is used as the basis for the tool-path calculation. The drive surface approximates to the original workpiece as closely as possible, and the isoparametric lines which will be the tool-path feed direction lie in the preferred milling direction.     

基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法

针对环形刀五轴加工自由曲面的残留误差问题,在传统等残留高度算法的基础上,提出了一种基于定向距离理论的等最大残留高度刀具轨迹规划算法。首先根据微分几何理论计算已知刀触点的初始侧向行距,并在侧向行距方向进行偏置得到相邻刀触点;然后以基于定向距离理论的残高误差计算模型对相邻刀触点间的实际残高值进行计算;最后通过迭代计算规划出等最大残留高度的相邻刀具轨迹。如此循环,从而获得整个曲面的刀具轨迹。实验结果表明,相对于商用软件MasterCAM9.0,该算法在充分保证曲面加工质量的同时最大限度地减小了刀具轨迹的总长度,从而提高了加工效率。