基于点搜索的多曲面体清根轨迹生成方法

针对多曲面体清根加工轨迹的生成问题,建立了基于搜索初始点在参数域和物理域内搜索刀心点的点搜索算法.在搜索过程中,以多曲面体为研究对象,根据其结构特点确定搜索初始点和搜索中心,将参数域内搜索初始点与搜索中心的连线作为搜索方向在参数域内进行搜索.在物理域内生成参数域内对应搜索点的偏置点,判断偏置点到达多曲面体的距离是否满足距离条件,若满足距离条件则为刀心轨迹上的点.算例与实际加工结果表明,所提出的搜索算法搜索过程稳定,可以快速生成高质量的清根加工轨迹.     

基于点搜索组合曲面清根加工轨迹优化算法

清根加工质量严重地影响着组合曲面体零件的工作性能。为提高清根加工刀心轨迹的精度和自动化处理程度,在点搜索的基础上提出了初始点自适应调整和多搜索中心分区域搜索优化算法。以航空发动机叶片缘板与叶型过渡区域清根加工为研究对象,在参数域内分析了点搜索算法。在此基础上,以寻找临界不确定点为引导方向对初始搜索点进行自动调整并优化搜索区域。又针对搜索到的控制点分布不均问题,提出多搜索中心分区域搜索方法,得到可控且分布均匀的刀心轨迹控制点。将控制点拟合得到的样条曲线向缘板偏置面投影作为刀心轨迹线,并对其进行了误差分析。以叶片叶型与安装缘板和阻尼台两处过渡区域的清根加工为例,对算法的有效性进行了仿真验证,证实所提方法的正确性和有效性。     

基于参数曲面映射的五轴数控螺旋加工轨迹计算方法

采用五轴数控机床进行高速加工时,加工干涉及曲面转角处的突变会造成刀轴矢量剧烈变化,而采用传统的退刀再进刀的方法又难免导致加工效率及质量的降低.针对上述问题,提出一种新颖的适用于五轴高速加工的刀具路径生成算法.该方法由偏微分方程的热传导模型,计算得到映射参数域内满足加工参数的温度等值线,制定映射规则并在标准参数域内规划出加工轨迹,从而在对应参数域内映射生成螺旋轨迹,并将该轨迹映射到参数曲面上获得曲面的螺旋加工轨迹,该轨迹可以实现无退刀加工.采用上述算法进行了仿真,仿真结果表明该方法优于现有加工方法,可实现基于参数曲面及裁剪曲面的复杂型腔的高速加工.     

基于插铣加工的非等参数刀具轨迹生成方法

针对复杂多曲面通道的多坐标数控粗加工,提出了一种新的刀具轨迹生成算法.该算法以传统的插铣加工方法为基础,提出适合于复杂多曲面通道的新插铣方法;利用曲面参数线,使用B样务曲线正算反算方法,在流道划分的多个截面上做由初始孔到截面轮廓的渐变曲线;通过计算满足残留高度的走刀行距,在各个截面的渐变曲线上提取参数点并拟合出相应曲线,进而得到刀具接触点轨迹.     

基于三角网格曲面映射的数控高速加工刀轨规划

为进一步改善数控加工曲面的表面质量,提出一种针对三角网格曲面的螺旋刀具数控加工轨迹规划方法,在充分考虑刀具轨迹的几何与动力学特性以及三角网格单元特性的基础上,有效减少了抬刀次数,保持了刀具轨迹的连续性。该方法从网格边界轮廓曲线上的刀触点开始逐层偏置,在参数域上对刀触点进行规划,并拟合成螺旋轨迹,将其逆映射到网格曲面上得到螺旋加工轨迹。与传统的截面法和环切法相比,该算法可以生成一条具有边界一致性、轨迹光滑连续的、无需多次进退刀的高质量螺旋加工轨迹。     

类回转体曲面数控加工刀位轨迹规划

针对类回转体曲面高速进给数控加工,提出螺旋线驱动方式下圆环刀具加工轨迹的规划方法。构造螺旋线作为类回转体曲面的导动线,根据曲面上已知接触点轨迹的切线方向估算后续导动点对应的初始接触点。计算初始接触点处圆环刀具的刀心位置,再计算初始刀心位置与后续导动点对应的目标刀位点分别在圆周方向以及轴向的距离差值,利用相邻刀位点与相邻接触点存在的准相似关系,得到接近目标接触点的搜索方向和步长,经过迭代得到目标接触点和刀位点。在分析接触点处曲面曲率和圆环刀曲率的基础上,给出圆环刀加工误差计算方法。将所提出的算法用于鞋楦的五轴数控轨迹规划中,计算结果表明,该算法搜索效率较高,具有理论和实际应用价值,并通过鞋楦的五轴数控加工试验验证了算法的有效性。     

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。     

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。     

无退刀槽人字齿轮精加工刀路的优化

提出了一种高效的人字齿轮加工刀路编制方法,适用于立铣刀侧铣精加工齿面。在数控加工中心上对齿轮齿面进行侧铣精加工时,采用等参数法编制的刀具路径会造成刀具路径的冗余。为了缩短加工的刀具路径,采用等残余高度法,按照精度要求对齿面进行偏置得到一个偏置曲面,选取齿顶圆圆柱面与齿面的交线为初始刀触点轨迹路径,求出刀具体沿该路径运动得到的扫描面与齿面偏置曲面的交线方程,再通过该交线求出另一个与齿面相切的平面,这两者的相切线则为下一条刀触点路径轨迹。通过VERICUT软件进行加工仿真并进行加工实验,证明该方法加工精度能达到设计要求且相较于等参数法加工效率更高。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

基于矩阵运算的Hilbert曲线用于刀具轨迹生成算法研究

基于矩阵运算描述生成平面Hilbert曲线的方法简单,易于编程实现,将其进行了正确的空间矢量化,应用于了曲面加工刀具轨迹的生成.分析了矩阵变化描述曲线的思想,结合曲面加工刀具轨迹的计算过程,提出将平面Hilbert曲线通过与曲面参数域相对应的方法映射到曲面上,进而生成加工刀具路径的思想.建立了二者之间的映射关系,构建了...     

不规则曲面半精加工刀具轨迹优化算法

在采用高速铣削机床对材料进行粗加工和半精加工时,针对三坐标数控加工,提出了一种用于自由曲面恒定进给的刀具轨迹优化算法,该算法可用于不同曲率条件下的自由曲面加工。通过对轨迹进行优化,将刀具的中心位置偏置一个角度,从而得到符合实际要求的设计曲面。最后设计了不同的加工路线进行切削试验对比,结果表明,优化算法在实际加工中稳定可靠,完全满足加工精度要求。     

自由曲面数控加工刀具轨迹曲线的一种生成算法

提出一种自由曲面数控加工轨迹曲线计算方法。根据这一方法,可由自由曲面上一定数量的任意分布型值点来 计算曲面加工时的刀具曲线。算法的基本思想是,型值点影响并决定着其控制区域内的曲面形状,这种影响的大小与到 型值点的距离及权指数相关。分别给出了沿X向进给及Y向进给时刀具轨迹曲线的生成算法。讨论了算法中参数选取 对加工曲面形状及拟合精度的影响。     

空间自由曲面非球面刀加工轨迹自动生成的新原理和计算方法

针对现有的空间自由曲面数控编程系统和CAD/CAM软件,往往只能生成球面刀加工轨迹,以及实际切削加工中极少采用球面刀,多用小直径的立铣刀等非球面刀来替代球面刀完成空间自由曲面的切削加工这一现状,提出了一个在空间自由曲面上生成非球面刀加工轨迹的新方法——点涉法。只要给定空间自由曲面的参数表达式,就可选用点涉法生成该曲面的非球面刀加工轨迹。     

基于最小距离法的鞋楦加工无干涉刀具轨迹生成

在刀具及鞋楦三维模型离散数据的基础上,通过曲面的空间变换,将干涉检查转化为基于投影方向的最小距离判断,实现了鞋楦加工的无干涉刀具轨迹生成.对于计算刀位点时计算量大的问题,提出了一种针对鞋楦曲面特征的最小距离点的快速搜索方法.实际加工表明,提出的算法能够较好地提高鞋楦的加工质量和效率.     

基于等残留高度的自由曲面加工刀具轨迹规划

对于曲面加工来说,效率和精度是相互矛盾的2个方面。加工时,用等残留高度法生成刀具轨迹,选择待加工曲面最长的1条边界线作为第1条加工的轨迹线,通过控制相邻刀具接触点的距离,使刀具轨迹间的残留高度均匀一致,依据刀具半径和允许的残留高度,迭代生成另一条刀具轨迹线。等残留高度法生成的刀具路径间的残留高度均为设定值,所生成的刀位点数最少,刀具路径长度最短。采用牛顿法作为等残留高度法的刀位点搜索方法,得到等残留高度刀具轨迹的生成过程。     

自由曲面加工中的等参数螺旋轨迹生成方法

通过对刀具轨迹有效性的分析,将刀具轨迹规划分为曲面上曲线族的选择和有效合理排布方式的设计两个方面。以此为基础,针对数控加工中心的高速加工特性,提出一种等参数螺旋刀具轨迹生成方法。该方法以减少抬刀、路径转接为目的,并综合考虑刀具轨迹几何与运动力学性能。首先以等参数线型轨迹为基础,生成等参数环形轨迹,进而以对角曲线连接相邻路径,构造能够实现连续切削的等参数螺旋轨迹。仿真试验表明该方法,简单实用,而且避免了轮廓偏置中的干涉检测,特别适用于自由曲面的高速数控加工。     

非可展直纹面侧铣刀具插补轨迹优化方法

针对圆柱刀侧铣加工非可展直纹面的刀路规划问题，将刀具线性插补轨迹与理论轨迹面之间的几何偏差考虑到刀位优化中。首先从设计曲面的两条引导线偏置并离散成初始刀位，提出网格法构建刀位点处的误差函数，运用动点寻优的方法优化初始刀位的刀轴矢量。在此基础上，构建了插补轨迹面与理论刀具轨迹面之间的几何偏差分布模型，调整刀位点以减小相邻刀位间的几何偏差，在无需增加刀位点的情况下使刀具插补轨迹面逼近理论刀轴面。实验结果表明，优化后的加工曲面误差波动范围减小，最大误差值降低了35.78%。     

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。     

基于ABF的自由曲面上三维复杂图案的雕刻方法

利用五轴数控机床在自由曲面上快速生成美观的图案在珠宝纹饰雕刻、吹塑/挤压模具图案制作、复杂产品外观图案的自动喷绘等方面具有潜在的广泛应用.针对目前图案映射对单一参数曲面参数域处理的依赖,提出一种可应用于复合裁剪曲面、网格曲面甚至点云曲面的三维复杂图案雕刻方法.利用图像边界处理技术,将二维的数字图案转化为可用于数控加工的离散点集.进而根据保角映射(Angle-based flattening,ABF)原理,将目标曲面映射到二维平面域,建立三维曲面与二维平面域之间的一一映射关系.以此映射为向导,提出基于面积坐标的线性映射方法,将离散图案逆映射到目标曲面上.根据选择的刀具参数及给定的切削深度,生成用于三维复杂图案雕刻的刀具轨迹,并进行雕刻仿真试验和实际雕刻加工试验.试验结果证明,所提方法简单实用,能够在复杂自由曲面上生成美观的雕刻图案.