整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.     

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。     

五轴侧铣加工空间刀具半径补偿研究"

通过分析五轴侧铣加工的特点,给出一种空间刀具半径补偿算法,该算法利用几何平面投影原理,将三维空间内的刀位点投影到二维平面内,结合直线插补的二维平面刀具半径补偿公式,确定二维平面刀具半径补偿向量.再通过逆投影,得出三维空间刀具半径补偿向量.基于VERICUT 平台对该算法进行仿真,结果表明所建立的五轴侧铣加工空间刀具半径补偿算法正确有效.     

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。     

数控侧铣加工非可展直纹面的刀位整体优化原理与方法

在单参数刀具面族包络原理的基础上,以刀具包络面与设计曲面之间的最小极差为优化目标,依据所给出的三个命题,首先讨论了柱刀侧铣非可展直纹面的刀位计算方法,提出了三点偏置法来确定初始刀位,然后采用最小二乘法进一步优化刀位。随后,以柱刀刀位规划方法为平台提出了锥刀的刀位计算方法。最后,给出了两个计算实例。计算结果表明所给出的方法可以获得令人满意的结果。     

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。     

五轴加工奇异区域内的刀具路径优化

针对五轴加工在奇异区域内由于旋转轴运动的剧烈变化导致非线性误差过大并对工件、刀具和机床部件造成损害等问题,给出一种奇异区域内加工路径的优化方法。以AC双转台五轴联动数控机床为研究对象,在反向运动学变化中根据正弦、余弦三角函数的周期性对C轴转角进行初次优化;按照加工是否通过奇异点两种情况,采用设定奇异点处的C角值或者修改奇异点附近的刀轴方向两种方法,进一步降低C轴过大转角;以当前加工区间的非线性误差是否超过允许值为判断条件,对仍然不满足精度要求的区间进行递归插值处理。仿真试验和实际加工结果表明,与单纯采用线性插值方法相比,该方法在提高奇异区域内加工精度的同时,有效减少新插入点的数量,从而尽量降低加工速度的损失。     

五轴侧铣加工铣削接触区域建模

五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散切削微元表示刀具,根据刀具位置和铣削参数获得各切削微元特征点集,并使用样条曲线对其拟合。综合距离和进给方向条件限制筛选出每段切削微元的切入/切出点,同时表示在工件坐标系中获得瞬时接触轮廓。仿真和试验结果表明,最大切入/切出角误差均在3%以内,且计算效率约为实体建模法的9.5倍,证明了本方法的准确性和高效性。     

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。     

基于切触点高斯过程的直纹面侧铣可靠度分析

针对不确定因素导致直纹面侧铣精度预测困难及计算效率低的问题,提出了基于刀具切触点GP模型的直纹面侧铣可靠度分析方法。首先在高斯随机过程描述中引入驱动误差和参数不确定性的刀具切触点坐标误差,然后基于某型机床的误差传递模型,利用多体理论构建直纹面侧铣加工的精度分析模型;通过带有随机常数Zi的确定函数的线性组合方式,简化模型的输入变量,并根据重要性指标和精度指标选择有用样本和更新模型;最后基于更新模型采用蒙特卡洛法获得加工精度可靠度。实验结果表明,所提方法准确预测了加工精度变化趋势,具有较高的计算效率和预测精度,为直纹面侧铣精度预测提供了有效的方法。     

圆柱刀五轴数控侧铣直纹面的直线插补误差分析

在五轴联动数控系统中,相邻刀位点间的运动通过直线、圆弧或样条曲线进行插补运动,其中直线插补方法最具典型性。以圆柱刀侧铣加工直纹面时因线性插补引起的非线性误差为研究对象,首先,在被加工曲面上采用最佳一致逼近法规划圆柱刀侧铣直纹面的刀具位置;然后,利用包络原理建立刀具线性插补时所形成的包络面解析表达式;以理想曲面为基准面,利用牛顿迭代法求取点到曲面的最小距离,从而建立刀具包络面与理论曲面的误差模型,以此得到刀具线性插补时产生的非线性误差;最后,利用MATLAB软件通过数值算例对影响非线性误差的规律、大小以及其影响因素进行了分析。     

鼓形砂轮周磨自由曲面刀位算法

对采用鼓形砂轮周磨自由曲面的刀位计算进行了研究。为了提高加工效率，提出了一种基于避免加工中砂轮和工件曲面局部干涉的鼓形砂轮几何参数的优化方法。在刀位计算中，砂轮被限定在摆刀平面中旋转；离散鼓形砂轮表面，计算采样点到工件曲面的有向距离，获得当前刀位的加工误差分布和加工带宽；以砂轮轴和工件曲面最小法曲率方向的夹角为优化变量，以当前刀位的加工带宽的最大化为优化目标，用格点法进行了鼓形砂轮周磨自由曲面的刀位优化。利用UG二次开发技术编程，生成了Bezier曲面的加工轨迹的计算实例，验证了所提出的砂轮几何参数和刀位的优化算法。     

宏程序在规则曲面区域铣削加工中的应用

规则曲面区域加工是对曲面上部分给定轮廓区域的曲面进行加工,文中介绍了宏程序在规则曲面区域铣削加工中编程方法与技巧。     

侧铣加工刀具回转轮廓误差预测技术研究

在侧铣加工中,刀具磨损和变形引起的刀具回转轮廓误差在实际加工前难以准确预测。提出一种工件形状刀具轮廓映射的辨识试验方法来获取加工过程刀具回转轮廓误差,并通过多因素正交试验获取了不同工况下刀具回转轮廓误差数据库。基于误差数据,采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）技术建立了刀具回转轮廓误差预测模型。运用遗传算法优化对所提模型有重要影响的核函数参数和错误惩罚因子, 建立了基于遗传算法优化的最小二乘支持向量机(GA-LS-SVM)模型,并与未经遗传算法优化的LS-SVM模型进行了对比,试验结果表明,GA-LS-SVM预测模型能更好地适用于刀具回转轮廓误差预测。     

基于人工鱼群和粒子群优化混合算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面的刀轴轨迹规划问题,采用两点偏置法确定初始刀轴矢量,为评价单个刀位,提出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锥面的距离差值的平方和最小。为解决每个刀位下的位姿寻优问题,提出了基于人工鱼群（AFS）和粒子群优化（PSO）混合算法的优化方案。仿真结果表明,所提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。     

基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化

基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化原理,提出了拟合误差敏感点的选择方法,根据NURBS曲面重构的原理,将曲面曲率最值点和拟合误差最大点定义为理论加工刀轨曲面误差敏感点。利用曲率敏感点,在理论非等径刀轨曲面规划离散网格,得到初始数据点。通过最小二乘优化方法重构NURBS刀轨直纹面,再根据误差敏感点定义的等参数曲线来调整刀轨直纹面形状。构建了理论加工误差模型,并通过实例的仿真计算和数值模拟说明了该算法的有效性。