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。     

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。     

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。     

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。     

复杂通道类零件五坐标加工全局干涉处理方法

 针对复杂通道类零件五坐标端铣加工中全局干涉问题,提出一种基于临界约束与临界位置精细化的干涉处理方法。通过分析刀杆碰撞干涉特点,以切触点处垂直于走刀方向平面与被加工曲面交线为基础，计算刀具的初始临界位置。在零件坐标系下,建立自动编程刀具轮廓函数,基于初始临界位置,选定与刀具临近点集。在刀具坐标系下,采用距离监视的方法计算点集到临界刀轴的距离,判断干涉点集,计算与之对应的刀具旋转角度集,选取最大的旋转角,从而确定出无干涉刀轴矢量。算例结果表明,该方法能够快速确定干涉检测范围,准确生成无干涉刀位轨迹。     

三元整体叶轮的曲面造型及其计算机辅助制造技术

针对一种三元整体叶轮,采用B样条方法对叶片中性面上顶部和根部的两组数据点进行了插值曲线的反算,进而构造出直纹面形式的叶片中性面和叶片曲面;研究了在五坐标机床上采用球头棒铣刀侧铣加工叶轮时的刀位计算方法,给出了在UG环境下的叶轮曲面建模方法及其数控加工仿真步骤。     

复杂曲面五坐标加工中双线驱动刀轨规划(英文)

针对目前利用包含环面刀具等多种刀具加工复杂曲面时普遍存在的不能实现一阶连续问题,本文提出了一种复杂曲面五坐标加工中双线驱动刀轨规划算法。该方法首先利用多点法来优化每一个刀位,从而获得整行刀轨的最大加工带宽,于是可以在工件曲面上确定两条驱动线。然后,在保证刀轨光顺的前提下,使刀具沿着两条驱动线滑动,且在每个刀触点处都重新定位刀具。最后,通过仿真和加工试验来验证该方法的有效性,并利用三坐标测量机对加工型面进行了测量,结果表明该方法能有效地消除相邻刀轨衔接处的尖锐残高、保证刀轨的光顺性和提高曲面的加工质量。     

五坐标数控加工刀位轨迹及其干涉检查的算法研究

 CAD/CAM系统中复杂曲面数控加工刀轨的计算能力在工业中有极其重要的作用。介绍一种复杂曲面五坐标加工轨迹生成及干涉处理算法，即把曲面用小三角片离散逼近，并用连通图建立所有三角片之间的拓扑关系，在此基础上生成刀轨，并进行干涉检查及刀位修正。     

透平机叶轮叶片五轴数控粗加工优化方法的研究

 为提高透平机叶轮叶片的加工质量和效率,在粗加工阶段,提出采用侧铣方法代替传统五轴数控加工中点铣,实现高效加工。基于多片直纹面包络叶片型面,提出一套复杂曲面蜕变直纹面方法,并给出相应算法,实现侧铣加工。以喷推叶轮为例,采用UG-NX进行建模与数控编程,用VERICUT刀轨仿真,通过加工路径的比较,对加工效率进行量化分析。结果表明,采用分段侧铣方法,生成的刀轨刀轴矢量变化均匀,刀具和零件未发生干涉,加工效率和加工质量明显得到提高。     

整体叶轮侧铣数控加工刀位轨迹生成新方法

为提高整体叶轮的加工质量和效率,提出了分段侧铣的方法,在每一段曲面上,基于斜等距曲面的原理,推导出叶片分段侧铣加工时刀位轨迹的生成和计算;并用计算仿真和刀心轨迹图对刀位进行了验证。结果表明,采用分段侧铣的方法,生成的刀位轨迹刀轴矢量变化均匀,刀轴未发生干涉,且加工效率和加工质量明显得到提高。     

高缠绕叶轮流道4+1轴高效分段开槽方法

高缠绕叶轮流道的高效粗加工是提高整个叶轮加工效率和缩短生产周期的关键。针对高缠绕叶轮流道的粗加工,提出了一种4+1轴高效分段开槽方法。首先,给出了分段开槽加工方法的基本概念,并分析了高缠绕叶轮流道加工特点;然后,结合机床结构特征,给出了五轴机床在主轴摆角固定为常值时切削点处单点最大刀具尺寸的计算方法;基于各切削点加工特征参数的分析,采用聚类算法进行了叶轮流道加工分段区域的划分;最后,确定了各分段区域的可加工刀具尺寸和4+1形式的刀轴矢量。算例分析表明,提出的4+1轴分段开槽方法得到的开槽轨迹旋转轴变化均匀,材料去除量较传统开槽方法增加了32.5%,改善了切削过程稳定性,提高了叶轮的粗加工效率。     

直纹面叶轮刀具轨迹规划的研究(英文)

At present, most commercial computer-aided manufacturing （CAM） systems are deficient in efficiency and performances on generating tool path during machining impellers. To solve the problem, this article develops a special software to plan cutting path for ruled surface impellers. An approximation algorithm to generate cutting path for machining integral ruled surface impellers is proposed. By fitting sampling data points of an impeller blade into a curve, a model of ruled surface blade of an impeller is built up. Furthermore, by calculating the points where the cutter axis vector intersects the free-form hub surface of an impeller, problems about, for instance, the ambiguity in calculation and machining the wide blade surface with a short flute cutter are solved. Finally, an integral impeller cutting path is planned by way of an integrated cutter location control algorithm. Simulation and machining tests with an impeller are performed on a 5-axis computer numerically controlled （CNC） mill machine, which shows the feasibility of the proposed algorithm.     

An automated approach to calculating the maximum diameters of multiple cutters and their paths for sectional milling of centrifugal impellers on a 4?-axis CNC machine

Power generators and chemical engineering compressors include heavy and large centrifugal impellers. To produce these impellers in high-speed machining, a 4?-axis milling machine(or a 4-axis machine plus an indexing table) is often used in the industry, which is more rigid than a5-axis milling machine. Since impeller blades are designed with complex B-spline surfaces and impeller channels spaces vary significantly, it is more efficient to use multiple cutters as large as possible to cut a channel in sections and a blade surface in patches, instead of only using a small cutter to machine a whole blade and a channel. Unfortunately, no approach has been established to automatically calculate the largest diameters of cutters and their paths, which include the indexing table angles. To address this problem, an automated and optimization approach is proposed. Based on the structure of a 4?-axis machine, a geometric model for a cutter gouging/interfering the impeller is formulated, and an optimization model of the cutter diameter in terms of the indexing table angle is established at a cutter contact(CC) point on a blade surface. Then, the diameters of the tools,their orientations, and the indexing table angles are optimized, and each tool's paths are generated for machining its corresponding impeller section. As a test, an impeller is efficiently machined with these tools section by section; thus, this approach is valid. It can be directly used in the industry to improve efficiency of machining centrifugal impellers.     

自由曲面侧铣刀具轮廓与轨迹同步优化方法

针对自由曲面侧铣加工中轨迹规划困难、加工精度难保证等问题，提出了一种自由曲线母线类刀具的外形轮廓设计方法。该方法在优化刀具轮廓的同时，充分考虑了加工过程中的工件精度和刀轴光顺性问题，实现了自由曲线母线类刀具的形状设计和对应侧铣加工轨迹的生成。首先，通过分别定义刀具轮廓母线和刀轴轨迹面实现对刀具形状和侧铣加工轨迹的表达，并由此计算切削行上刀具工件干涉量来评价加工误差，以刀轴轨迹面能量评价刀轴光顺性，建立了基于加工误差和刀轴光顺性的刀具轮廓与加工轨迹的同步优化模型；其次，为实现对同步优化模型的求解，给出了基于序列逼近法的求解策略，以及优化初值中刀轴轨迹面控制参数和刀具轮廓控制参数获取方法；最后，分别通过加工轨迹规划实验和刀具轮廓设计实验，验证了本文算法在在自由曲面四轴侧铣加工刀具轮廓设计与加工轨迹优化中的正确性及有效性。研究成果为提高自由曲面类零件侧铣加工精度、实现侧铣加工刀具轮廓设计及侧铣加工轨迹规划提供了一种有效的方法和手段。     

五轴联动高速加工螺旋桨叶轮的关键技术研究

为提高整体叶轮的五轴高速加工精度和加工效率,利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权得到理想的二阶连续的桨叶曲面.把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中,通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择,计算出叶轮的加工刀轨路径,并通过后置处理得到符合MIKRONUCP800数控机床的NC代码并加工出叶轮产品.     

一个面向5轴曲面加工的实时NURBS曲面插补器

提出了一个实时非均匀有理B样条(NURBS)曲面插补器,论述了5轴平头刀加工方法运用Taylor展开和坐标变换方法分别推导并实现了NURBS插补、刀具有效加工半径、刀具补偿以及逆运动变换等算法。与传统自由曲面加工不同的是,所提出的插补器能根据刀触点进给率而非刀位点进给率实时生成计算机数控(CNC)机床运动指令。对实例零件曲面进行演示与仿真分析结果表明该曲面插补器可以应用于5轴曲面加工中。     

CAD/CAM在台体加工中的应用

结合惯性平台典型复杂零件台体的数控加工,解决了CAM加工坐标系(MCS)的设置及其与机床加工坐标系的协调一致问题、双转台式五轴铣加工中心的后置处理坐标转换问题,完成了台体的数控加工程序设计,提高了台体零件的加工效率。     

Path,feedrate and trajectory planning for free-form surface machining: A state-of-the-art review

Nowadays, free-form surfaces have been widely used in various industrial fields. They are usually machined by CNC machine tools, but recently have also begun to be manufactured by industrial robotic arm manipulators, thanks to low cost, large operation reaching space and high machining flexibility of robot. So far, various methodologies have been proposed to improve efficiency and quality of free-form surface machining, thus this paper aims at providing a state-of-the-art review on research advances in free-form surface machining. In this review, tool path generation, feedrate scheduling in Cartesian space and trajectory planning in joint space are focused for both CNC machining and robot machining, and their research statues, existing difficulties and key issues are discussed in detail. Finally, the feasible routes, breakthrough points and future development trend are also expounded.     

开式整体叶轮加工关键工艺技术研究

首先分析了该类零件的几何特点以及加工难点,然后提出了粗加工以及精加工当中的关键技术。阐述了插铣粗加工中,有关叶片直纹包络面的构建,刀轴矢量的选择;精加工中叶片整体加工中使用参数法规划均匀的刀具切削轨迹等关键技术。最后利用VERICUT软件,进行了加工仿真的验证,并且加工完成了开式整体叶轮的加工实例。