基于球头铣刀的弧齿锥齿轮小轮铣削加工方法研究

弧齿锥齿轮小轮铣削通常在专用机床上采用铣刀盘实现,从而导致制造成本较高。为了降低弧齿锥齿轮小轮的制造成本,提出一种在通用四轴数控铣床上采用球头铣刀进行铣削加工的方法。根据齿面数学模型计算齿面离散点坐标,进而创建齿轮实体模型。分析齿根铣削时球头铣刀与齿轮的空间位置关系,以铣削一侧共轭齿面时不刮伤对侧共轭齿面为原则确定球头铣刀直径。以刀杆与齿面不发生干涉为前提,确定处于各个加工位置时的刀轴方向。以沿齿高和齿长方向均匀分布的齿面离散点为基础,创建沿齿高方向分层的粗铣刀路和沿齿长方向分层精铣刀路。创建包含机床、刀具和轮坯的仿真加工环境,完成齿轮铣削仿真。结果表明:相比于铣刀盘,球头铣刀加工得到的过渡曲面曲率半径更大,可降低齿根处的应力集中程度。将刀路导入数控加工系统,在四轴数控铣床上完成齿轮的粗铣和精铣,获得的齿面具有较好的光洁度,从而验证了本方法的可行性。     

盘刀加工等基圆锥齿轮的刀具位姿及运动轨迹计算

为了实现使用盘形铣刀数控加工等基圆曲线齿锥齿轮,基于等基圆曲线齿锥齿轮理论,通过建立盘形铣刀加工数学模型,求解了决定刀具空间姿态的主要参数。通过盘形铣刀刀轴矢量、刀心坐标的求解,得到了轮坯坐标系下的刀位。结合通用五坐标数控机床,求得了五坐标数控加工等基圆锥齿轮运动轨迹的表达式。通过三维造型,对刀位求解进行了分析验证;通过仿真切削加工,验证了运动轨迹的正确性。结果表明,利用盘形铣刀数控加工等基圆锥齿轮的刀具位姿、运动轨迹的求解正确,在通用数控机床上利用盘形铣刀能够加工等基圆曲线齿锥齿轮。     

面齿轮数控插铣加工方法研究

研究采用插铣加工工艺的面齿轮加工方法,根据面齿轮插齿加工原理及齿轮啮合原理,提出多线包络加工面齿轮齿面的插铣制造方法。基于插铣刀对插齿刀虚拟仿形概念,详细推导插齿刀齿面方程、仿形曲面方程及刀具与面齿轮动坐标系的转动关系,给出插铣刀仿形插齿刀轮廓线的数学公式和基于插铣刀与机床结构的面齿轮创成方程。按数控制造技术得到基于面齿轮创成方程的数控代码,使用VERICUT软件对面齿轮加工的数控代码进行加工仿真,仿真结果与理论齿面的对比表明论文提出的方法面齿轮插铣加工方法正确可行性。提出的面齿轮数控插铣加工方法是一种新的面齿轮粗加工方法,对面齿轮的制造具有参考价值。     

盘刀数控加工等基圆曲线齿锥齿轮的仿真

为实现使用盘形铣刀加工等基圆锥齿轮,根据等基圆曲线齿锥齿轮的现有研究成果及传统理论,通过求解刀具的廓形坐标,生成了VERICUT仿真加工中的盘形铣刀模型。根据盘形铣刀五轴联动数控加工运动轨迹,求解了机床运动坐标。利用VERICUT软件,针对某一设计参数的等基圆锥齿轮,进行了仿真加工。结果表明,刀具模型的建立、数控加工路径的规划、运动坐标求解均正确,盘形铣刀加工等基圆齿轮可以实现。     

用作图法求直齿锥齿轮盘铣刀齿形

当加工精度要求不高的直齿锥齿轮时,其盘铣刀的齿形可用如下的作图法求得。此法作图简单,而且铣刀齿形样板的制造也较方便,尤其对缺乏曲线磨床的中、小型工厂更为适用。一、作图法的依据盘铣刀的齿形是锥齿轮大端当量齿轮的齿形,宽窄是按小端当量齿轮齿间的宽窄来制造的。如图1所示,用盘铣刀加工齿轮毛坯时,铣刀只能铣出齿坯上     

基于VERICUT的四圆弧齿轮成形磨削加工仿真

根据成形法磨削加工原理,应用VERICUT软件对四圆弧齿廓齿轮进行数控仿真加工。首先根据数控成形磨齿机建立机床模型、毛坯模型,并依据四圆弧齿廓齿轮成形磨削砂轮截形建立砂轮模型,再参照机床结构和成形磨削运动编写仿真数控程序,最后在VERICUT软件平台进行四圆弧齿轮的数控仿真加工并对仿真结果进行分析。分析结论表明,仿真加工能够满足设计精度要求,且数控程序是正确的。     

基于SolidWorks的螺旋锥齿轮的仿真加工

通过在VB中调用SolidWorks API的属性和方法,建立了齿轮毛坯和盘铣刀的三维参数化模型.控制刀具实体和毛坯实体的相对位置和相对运动关系,进行实体间的布尔运算,模拟真实齿轮的加工过程,得到螺旋锥齿轮的三维仿真加工几何模型;获取螺旋锥齿轮的齿面离散点,在此基础上实现了螺旋锥齿轮齿面的NURBS表示,并通过了实例验证.     

基于AutoLISP斜齿轮成形铣削加工的几何仿真

在直角坐标系下，根据齿轮啮合原理，推导盘形铣刀截形，利用AutoCAD内嵌的AutoLISP语言，按照仿形法齿轮加工原理，设计斜齿轮成形铣削仿真加工程序，齿形仿真结果与实际测量相符，为数控成形铣齿的加工提供了可靠依据。     

基于CATIA实现斜齿轮加工仿真

本文在直角坐标系下,根据齿轮啮合原理推导盘形铣刀截形。利用CATIA软件及其内嵌的VB语言,按照仿形法齿轮加工原理,设计斜齿轮成形铣削仿真加工程序。齿形仿真结果与实际测量相符。而且可以通过这种方法,对铣刀是否合格做一下判断,为数控成形铣齿的加工提供了可靠依据。     

数控螺旋锥齿轮磨齿机加工仿真系统的研究

分析了螺旋锥齿轮磨齿加工的基本原理,以AutoCAD为开发平台,利用AutoCAD内嵌的VBA编程语言,建立了基于尺寸驱动的齿坯和砂轮的实体模型,将数控螺旋锥齿轮磨齿机的各轴运动转化为砂轮和齿坯的相对位置调整,通过砂轮与齿坯之间的相减布尔运算模拟磨齿加工过程,通过仿真实例验证了仿真算法的正确性。数控螺旋锥齿轮磨齿加工仿真系统为精确生成齿轮的三维实体模型以及验证机床调整参数提供了解决方法。     

法向圆弧锥齿轮数控加工研究

研究了法向圆弧锥齿轮的数控加工原理与技术,设计了成形铣刀,给出了刀具与工件的接触条件以及刀具与工件之间的相对运动。斜航式法向圆弧锥齿轮数控加工实验表明,该锥齿轮数控加工原理正确,工艺简单,且加工精度较高。     

飞刀法加工蜗杆面齿轮的理论研究与实践

为快速获取蜗杆面齿轮的精确齿面,提出了一种加工面齿轮的新方法——飞刀加工法。建立了蜗杆面齿轮的理论模型,基于四轴数控镗床建立加工坐标系,分析了所提方法的加工机理,并将其分为两个阶段：仿形阶段和分度加工阶段;采用飞刀加工法进行刀具轨迹的求解,得到了该轨迹在面齿轮齿坯上的切触迹线,验证了所提方法的正确性;求解了上述两个阶段中刀具主轴转速、工件轴转速及刀具进给速度之间的关系,编制了加工程序,并在VERICUT中对蜗杆面齿轮进行了仿真加工,验证了所提方法的可行性;最后进行了加工实验验证。     

虚拟加工物理仿真中的误差分析研究

基于虚拟制造的理论与方法,模拟真实加工条件,建立了面向虚拟数控车削加工环境的加工精度分析系统。该系统基于有限元方法,用有限元法计算刀具-工件在切削要素（切削力、夹紧力、切削温度等）作用下的变形,通过求工件-刀具的布尔差集获取切削后的工件轮廓;利用MATLAB优化工具箱,分析工件轮廓,预测零件加工误差。     

Octree-based NC simulation system for optimization of feed rate in milling using instantaneous force model

An octree-based (numerical control) NC simulation (Oct-OAC) system developed for end milling has two major applications: (1) NC verification and (2) optimization of the cutting parameters, viz., spindle speed, N (s^?1), and feed rate, f (ms^?1). Oct-OAC has a geometric modeling module to simulate the geometry of material removal process. Every object in the machining environment such as cutter, instantaneous workpiece, swept volume, etc. is stored as octree, an inexact representation of solid. Using this module, one can predict the geometry of the material removed at any instant of time and update the geometry of the blank subsequently. Optimization of cutting parameters using Oct-OAC is achieved through optimization module using a mechanistic model for computation and prediction of the cutting forces at any instant. The basic input for this module is the geometry of the contact surface between the cutter and workpiece which comes from the geometric modeling module using an octree-based solid modeler. It is through this contact surface that the cutting forces are passed from the workpiece onto the cutter and vice versa. The mechanistic modeling module can predict the instantaneous cutting forces from the instantaneous contact geometry and other process parameters like material combination of cutter–workpiece, parameters defining cutter geometry, and current cutting parameters such as N and f. Using this prediction, it will modify the cutting parameters for maximizing the material removal rate. This way, the mechanistic modeling module does what an adaptive controller will do with the help of force sensing. Therefore, the NC program optimization done using the Oct-OAC system is actually off-line adaptive control.     

基于OpenGL的数控车削动态仿真过程及图形显示

针对数控车削虚拟仿真系统,介绍了数控车削动态仿真的计算过程及图形显示.首先根据译码结果提取加工信息,然后运用插补运算得到加工轨迹坐标从而控制刀具与工件的相对运动,并在这个运动过程中快速进行刀具与毛坯的布尔运算,根据运算结果重新绘制场景.最后利用OpenGL的双缓存技术在计算机屏幕上显示工件的动态切削过程.     

基于Z-MAP方法的球头铣刀铣削力的建模

瞬时刚性切削力的建模是铣削加工物理仿真的基础,然而,球头铣刀的刀齿形状复杂,加工过程中姿态多变,瞬时刚性铣削力的建模难度较大。在考虑刀具姿态调整的情况下,通过齐次坐标变换建立了刀齿的运动轨迹,提出了一种识别刀具和工件瞬时接触区的改进Z-MAP算法,通过计算当前刀齿的参考线与工件的边界面或刀齿扫掠面的交点求出瞬时未变形切屑厚度,并采用非线性回归的方法辨识了切削力系数,在此基础上使用微元积分法建立了瞬时切削力的计算模型。为了验证仿真模型的可靠性,分别进行了垂直加工和倾斜加工试验,试验和仿真结果具有较高的一致性,表明该建模仿真方法是有效的,可以为实际加工中参数的选择和优化提供理论依据。     

Process modeling and toolpath optimization for five-axis ball-end milling based on tool motion analysis

In free-form surface machining, the prediction of five-axis ball-end milling forces is quite a challenge due to difficulties of determining the underformed chip thickness and engaged cutting edge. Part and tool deflections under high cutting forces may result in poor part quality. To solve these concerns, this paper presents process modeling and optimization method for five-axis milling based on tool motion analysis. The method selected for geometric stock modeling is the dexel approach, and the extracted cutter workpiece engagements are used as input to a force prediction. The cutter entry?Cexit angles and depth of cuts are found and used to calculate the instantaneous cutting forces. The process is optimized by varying the feed as the tool?Cworkpiece engagements vary along the toolpath, and the unified model provides a powerful tool for analyzing five-axis milling. The new feedrate profiles are shown to considerably reduce the machining time while avoiding process faults.     

并联机床数控加工碰撞干涉检验算法研究

由于并联机床与通用数控机床在结构上差别较大 ,因此在开发与其配套的CAD/CAM系统时 ,考虑到并联机床的结构特点 ,针对哈尔滨工业大学研制的并联机床BJ -30的结构形式 ,提出了并联机床的数控加工碰撞干涉检验算法。该算法较好地解决了刀具过切、少切 ,以及动平台与工件、刀具夹具与工件的碰撞等数控加工中较难解决的问题。仿真结果证明了该算法具有运算速度快、检验效率高等优点     

数控机床三维建模与加工仿真技术研究

采用实体几何法建模思想,建立机床（刀具）模型,采用基于三角网格的方法对工件毛坯建模,构建数控仿真系统的虚拟加工环境。运用VC＋＋与三维图形库软件Open Inventor编程,进行机床运动仿真及切削仿真。     

数控加工碰撞干涉检验的新方法

刀具与工作台、夹具的碰撞,刀具过切及碰伤工件成型表面是数控加工中较难解决的三个关键问题。本文提出了一种基于Ｂ－ｒｅｐ表示的碰撞干涉检验算法,用于数控加工过程仿真,能较好地解决上述问题及刀具的少切问题。