复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法

 针对复杂曲面零件五轴加工中刀轴矢量变化剧烈、严重影响工件表面加工质量的问题,提出一种基于临界约束的五轴刀轴矢量整体优化方法。首先,构造了给定切触点处所有可行摆刀平面,并在摆刀平面内根据临界约束计算出临界刀轴矢量,在获得临界刀轴矢量的基础上,对其进行平面映射,建立了刀轴摆动的初始可行域;其次,通过对初始可行域进行均匀离散,根据离散点之间相对位置关系构造邻接矩阵,并结合最短路径搜索算法获得了初始参考刀轴,从而构造了新的刀轴摆动可行域;最后,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现自由曲面五轴加工无干涉刀轴矢量的光滑控制。两种自由曲面叶轮的加工算例分析表明,采用本文方法获得的刀轴矢量可以明显改善机床的运动性能,避免了刀具干涉的产生,可提高复杂曲面零件的加工质量与效率。     

复杂母线鼓形刀具宽行侧铣加工算法

基于宏域曲率吻合原则充分优化刀具参数,以鼓形刀有效特征线段上一端点与加工曲面的误差偏置面重合进行初步定位,通过调整鼓形刀具上有效特征线段端点的位置及刀具在该点绕曲面表面法矢方向和走刀方向旋转的角度以避免干涉和实现刀位优化,最终获得行宽为最大的无干涉刀位。     

多曲面岛屿五轴螺旋刀位轨迹规划

针对复杂拓扑关系的多曲面岛屿加工,以叶片阻尼台为研究对象,提出基于清根刀心轨迹的五轴球头刀螺旋刀位轨迹生成算法。首先建立局部坐标系,定义并确定中轴线,然后按层逐点创建投影射线,利用实体求交构造初始刀心螺旋轨迹;通过变步长迭代算法修正,使得刀心点距实体最短距离在加工精度范围内等于刀具半径。最后根据实体结构控制刀轴矢量,规划出无干涉的螺旋刀位轨迹。算例表明,本文算法统一了阻尼台加工与清根加工,避免了复杂偏置曲面片的构造,保证在加工过程中没有冗余进退刀的同时刀具不会过切叶身曲面,实现了阻尼台多曲面岛屿五轴球头刀高效精密加工。     

叶轮四坐标数控加工中刀轴矢量的计算

对于任意曲面叶轮的四坐标加工，提出了一种计算刀轴矢量的方法。由于四坐标铣床自由度的限制，根据曲面上接触点的几何量计算出的刀轴矢量，不一定能在四坐标系床上实现。以四坐标铣床的主轴位置为初始刀轴矢量，以倾斜工作台的法矢量为旋转轴，形成一组刀位矢量，这些矢量组成一个锥形面；在这组矢量中，求出与由曲面几何量计算出的刀轴矢量最相近的矢量，并且使刀具处于该刀轴矢量时与叶片不发生干涉，将这个矢量作为最终的刀轴矢量。     

基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。     

闭式整体叶盘通道五坐标分行定轴加工刀轴矢量规划方法

闭式整体叶盘是新一代航空发动机实现减重增效的关键零件,其通道结构属于典型多约束复杂通道结构。针对闭式整体叶盘通道精加工,提出了一种基于五坐标分行定轴加工的刀轴矢量规划方法。从加工原理上给出了分行定轴加工方法的基本概念,并分析了闭式整体叶盘通道五坐标加工的特征;在刀具预定义和建立检查面球体包围盒层次树结构的基础上,给出了刀轴矢量无干涉区域的计算方法;基于刀位点最短刀长的计算与分析,进行了叶盘通道加工区域划分,建立了分行定轴加工刀轴矢量规划方法。实验验证表明:分行定轴相对五轴联动加工方法不仅可明显提高加工过程中的稳定性和叶片加工表面质量,还可提高叶片精加工效率。     

一种基于点搜索的叶轮清根轨迹生成方法(英文)

清根区域的加工质量严重影响着叶轮的工作性能。为了快速地规划出清根加工刀位轨迹并获得较好的表面加工质量,提出了一种基于点搜索的叶轮清根轨迹生成方法。本文中的清根加工主要包括利用球头刀对自由曲面叶轮进行单刀清根和多刀清根。对于单刀清根,刀心位置通过判断其是否满足距离准则来确定。在确定了搜索方向和追踪方向后,借助于点搜索算法,得到所有切触点,刀位点以及清根边界,从而生成刀位轨迹。基于单刀清根的原理,提出了一种分层多刀清根的方法,清根刀具半径小于清根圆角设计半径。使用一系列中间虚拟刀具将清根区域分成若干层,给定最后一层的残留高度,然后计算出所有刀位轨迹。最后给出了仿真实例,结果证明了所提方法的可行性。     

复杂曲面边界槽五座标数控加工的刀位计算

以两种较简单的加工──交线及底曲面的刀位计算结果产生槽加工的刀位数据。提出了刀具位置边界槽及基于边界槽的刀位计算方法。该算法中刀心位置由底面加工的刀心轨迹相对边界槽裁剪而得;刀轴矢量由边界槽空间网格划分产生。提出并证明了用于获得无干涉的和均匀变化的刀轴矢量的空间网格划分的准则。本文算法可对带岛屿及复杂曲面边界的槽进行五座标数控加工的刀位计算。     

推力槽形凸轮零件的数控加工工艺及数值处理

以一种双面推力槽形凸轮为研究对象,主要研究了该零件的数控加工工艺及数值处理过程。在工艺处理方面主要确定了工件的安装方式、加工坐标系、切削刀具和相关工艺参数以及走刀路线等内容。在数值处理方面主要说明了计算编程轨迹基点坐标的过程,并以专用运算程序完成了相关基点坐标的计算。基于本文结果编制的数控程序完全可以应用于实际生产,同时该研究结果为相似凸轮类零件的数控加工提供了理论依据,并具有一定的实际参考价值。     

基于控制线的开式整体叶盘叶片四轴数控加工刀轴控制方法

针对开式整体叶盘叶片数控加工中存在的干涉及刀轴变化稳定性问题,提出了一种基于刀轴控制线的四轴刀轴矢量控制方法。阐述了基于刀轴控制线的四轴刀轴控制基本原理,通过对四轴无干涉刀轴摆动区间的计算,建立了四轴无干涉刀轴控制面;根据控制线生成准则,给出了在刀轴控制面上生成刀轴控制线的具体算法。实验验证表明,该方法不仅可解决开式整体叶盘叶片加工中的刀具干涉问题,而且有效避免了刀轴突变引起的叶片啃伤现象,明显提高了叶片表面的加工质量。     

Milling surface roughness for 7050 aluminum alloy cavity influenced by nozzle position of nanofluid minimum quantity lubrication

In nanofluid minimum quantity lubrication (NMQL) milling of aviation aluminum alloy, it is the bottleneck problem to adjust the position parameters (target distance, incidence angle, and elevation angle) of the nozzle to improve the surface roughness of milling, which has large and uncontrollable errors. In this paper, the influence law of milling cutter speed, helical angle, and cavity shape on the flow field around the milling cutter was studied, and the optimal nozzle profile parameters were obtained. Using 7050 aluminum alloy as the workpiece material, the milling experiment of the NMQL cavity was conducted by utilizing cottonseed oil-based Al₂O₃ nanofluid. Results show that the high velocity of the surrounding air flow field and the strong gas barrier could be attributed to high rotating velocities of the milling cutter. The incidence angle of the nozzle was consistent with the helical angle of the milling cutter, the target distance was appropriate at 25–30 mm, and the elevation angle was suitable at 60°–65°. The range and variance analyses of the signal-to-noise ratio of milling force and roughness were performed, and the chip morphology was observed and analyzed. The results show that the optimal combination of nozzle position parameters was the target distance of 30 mm, the incidence angle of 35°, and the elevation angle of 60°. Among these parameters, target distance had the largest impact on cutting performance with a contribution rate of more than 55%, followed by incidence angle and elevation contribution rate. Analysis by orthogonal experiment revealed that the nozzle position parameters were appropriate, and R_a (0.087 μm) was reduced by 30.4% from the maximum value (0.125 μm). Moreover, R_sm (0.05 mm) was minimum, which was 36% lower than that of the seventh group (R_sm = 0.078 mm).     

端点误差控制刀位算法的改进

 对端点误差控制数控加工刀位算法进行了改进：采用2个端点间偏置距离代替它们的参数差值用于衡量加工带宽和进行加工误差控制，提出了一种新的采用循环迭代计算刀具旋转角度的方法，并给出了格点法对偏置方向角进行优化的过程；使得算法不受具体的曲面参数化方式影响，简化了刀具定位时计算量，刀位得到了充分的优化。利用UG二次开发技术进行的实例计算表明：设置走刀方向沿着曲面的最小主曲率方向比沿着曲面的最大主曲率方向加工带宽更宽，前者应该是该算法的最优走刀方向，而且沿着最优方向走刀的优化刀位和多点切触加工算法得到的加工刀位一致,该算法也比多点切触加工算法有更大的适应性。     

微小整体叶轮五轴联动微细铣削加工试验研究

微小整体叶轮作为微型发动机的重要组成部分,其加工质量直接影响微型发动机的使用性能。针对微小整体式复杂叶轮流道狭窄、叶片扭曲大和长厚比大等特点,开展了微小复杂扭曲整体式叶轮五轴联动微细铣削加工方法研究。针对微小叶轮加工过程极易发生变形、过切和碰撞干涉等问题,对微小叶轮的加工过程进行工艺规划,建立了微小叶轮流道加工刀具选择的约束方程,计算出叶轮加工刀具的最大理论直径。通过CAM软件对叶轮进行切削仿真,验证了刀具选择和工艺规划的正确性。通过五轴联动微细铣削试验,得到了具有6个直径10mm的叶片、叶片最小厚度0.15mm、叶片最小相邻间距0.58mm的7075铝合金微小整体叶轮。     

盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的原理及齿面求解

为了实现等基圆锥齿轮的高速、高效加工,基于等基圆锥齿轮理论,分析了盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的可行性,建立了盘形铣刀数学模型、盘形铣刀加工坐标系,分析并确立了各坐标系间的转换关系.通过刀具曲面与齿面在共轭接触点处啮合方程的建立及求解,得到了盘形铣刀加工的等基圆齿面表达式.对盘形铣刀加工理论下的等基圆锥齿轮齿面与理论等基圆齿面进行了分析比较,进行了盘形铣刀的仿真加工.结果表明:通过盘形铣刀截形、盘形铣刀加工运动中的回转角度、倾斜角度及倾斜中心点的合理设计,盘形铣刀加工而成的实际齿面与理论齿面的接近程度达到工程要求,使用盘形铣刀可以加工等基圆锥齿轮.      

天基观测目标卫星光度特性分析

从辐射理论出发,推导出两种卫星基本漫反射表面(柱体和平板)的辐射照度计算公式;基于J2000.0地心赤道惯性坐标系,分析了天基观测时太阳、目标卫星和观测卫星的位置矢量坐标,并进一步求出了它们之间的角度和距离关系,通过仿真算出了一定观测时间内目标卫星的视星等。仿真计算表明,天基观测由于不受地球曲率影响,且观测几何拉开,太阳相位角、观测距离变化范围较大,因此目标卫星视星等变化范围较大。     

Positioning method of a cylindrical cutter for ruled surface machining based on minimizing one-sided Hausdorff distance

Motivated by the definition of the machining errors induced by tool path planning methods, a mapping curve of the tool axis of a cylindrical cutter is constructed on the tool surface.The mapping curve is a typical one that can be used to express the closeness between the tool surface and the surface to be machined. A novel tool path planning method is proposed for flank or plunge milling ruled surfaces based on the minimization of the one-sided Hausdorff distance(HD) from the mapping curve to the surface to be machined. It is a nonlinear optimization problem in best uniform approximation(BUA) or Chebyshev sense. A mathematical programming model for computing the minimum one-sided HD is proposed. The linearization method of the programming model is provided and the final optimal solutions are obtained by simplex method. The effectiveness of the proposed BUA method is verified by two numerical examples and compared with the least squares(LS) and double point offset(DPO) methods. The variation in tool orientation induced by the optimization of the tool positions is also evaluated.