回转类零件的四轴无干涉刀位轨迹生成

带回转工作台的四轴机床最适合用来加工由复杂多曲面构成的回转体类模具或零件.为解决四轴加工干涉问题,提出将三轴保护面概念引入四轴加工中,并给出了相应的计算方法.在偏置面模型的基础上,研究了回转类零件的四轴无干涉刀位轨迹的生成算法,并以实例验证此算法高效稳定,满足工程要求.最后探讨了四轴加工仍存在的一些问题.     

球头铣刀在虚轴机床上的刃磨

对虚轴刃磨机床的工作原理进行了分析.建立球头铣刀刀刃的曲线方程,利用活动标架法,推导球头铣刀前后刀面的数学模型.根据球头铣刀的数学模型,求解球头铣刀的广义刀位轨迹,利用虚轴机床的反解模型,把广义的刀位轨迹换算成连杆坐标系下连杆的长度,控制连杆长度的变化,完成刃磨加工运动.进而论证了利用虚轴机床进行刀具加工的优势.     

多点切触加工中的局部干涉分析

为了消除多点切触加工刀位计算的局部干涉,通过对中凹端铣刀和工件曲面之间的几何接触状况分析,得到了多点切触加工算法的局部干涉判别条件.利用微分几何得到了多点切触加工刀位中刀具和工件的交线在第一切触点处的曲率半径和刀具曲率半径的比值,结合局部干涉判别条件,得到无干涉的多点切触加工约束的解区域.结果表明无论曲面为何种样式,必须选择第二切触点在曲率较大的主方向附近的解区域中,再使用多点切触加工算法算出的刀位,才有可能不发生过切现象.      

Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成

细分曲面既能表示连续的几何设计模型也能表示离散的加工模型,避免了模型转换的复杂中间过程.细分曲面除了对于构造具有任意拓扑结构的复杂零件具有巨大的优势外,对于数字化制造也极具发展潜力.因此,对基于Loop细分曲面的精加工刀具轨迹生成算法进行了研究.首先利用基于弦长误差的自适应插值Loop细分得到精加工模型;然后利用等斜率跟踪法将精加工模型分割为平坦区域和非平坦区域.对各个区域依次进行处理,不同区域实施不同的刀具轨迹规划.据此,既避免了因细分过程数据量过大而导致的曲面精度不足或表面质量降低的问题,又可顺利计算整张曲面相对均匀残留高度的刀具轨迹.最后,为验证该算法的可行性进行铣削加工实验.      

鼓形刀宽行刀位优化纬线分割算法

为便于鼓形刀定位和姿态调整,结合最短距离线对思想,将刀具沿纬度方向进行离散.为使刀具更好地适应工件的曲率分布,实现广域曲率分布吻合,采用单点切触方法,在加工曲面一定范围内寻求最佳切触点,以达到最大切削行宽;分别采用等参数和等波高2种刀位优化算法,编制了程序;通过实例验证了新算法在避免干涉并获得最大行宽、以及实现等参数和等波高刀轨排列方面的有效性.该技术对于提高航空复杂曲面结构件的加工效率和加工质量具有重要意义和广泛的应用前景.      

圆环面刀具五坐标加工端点误差控制刀位优化

在刀具和被加工曲面误差带上等距曲面的交线与特征线存在两个交点这一事实的基础上,提出了一种固定有效特征线段(特征线上位于公差带内的曲线段)端点误差值的新型刀位优化方法.以刀具有效特征线段上两端点进行定位,通过调整两端点间的距离及刀具绕这两端点连线旋转的角度避免干涉,并实现刀位优化.编制了程序,通过实例验证了新方法在避免干涉获得最大行宽和实现等波高刀轨排列方面的有效性.      

Hermite算法的收敛性分析及其改进

为了提高多点切触加工算法的计算效率,对其中的Hermite算法进行了改进,并且对改进后的Hermite算法的收敛性进行了理论分析,推导了改进后算法的局部收敛条件,同时给出算法的Steffensen加速迭代公式并新提出了一种基于试算的待定系数迭代法.分析和实例表明,改进后的Hermite算法属于线性收敛的算法,而待定系数迭代法则有接近二阶的收敛速度.综合应用上述算法,可以满足一般性自由曲面多点切触加工刀位计算的要求.      

基于4+2轴机床的叶轮加工技术

为扩展4轴机床的加工能力,使4轴机床具有使用鼓形刀具加工叶轮类零件的能力,将4轴机床扩展至4+2轴机床。从机构学角度对4+2轴机床进行运动学分析,证明了4+2轴加工方法的刀具姿态具有一个可优化的角度。根据机床运动链模型,推导了机床半联动轴参数与刀具姿态角度、联动轴运动参数之间的运动变换关系,得到了求解切触点处刀位信息的方法。根据对复杂曲面的几何分析、刀具干涉和机床运动范围,给出了一种4+2轴加工叶片的2个半联动轴参数选择方法。推导了4+2轴加工方法的刀轨生成算法。通过4+2轴叶轮加工实验,验证了4+2轴加工方法的可行性。实验结果表明,4+2轴加工方法生成的刀轨可用,使用4+2轴加工方法加工叶轮叶片的方案是可行的,具有生产应用价值。     

四轴端刀无干涉刀位点计算

针对四坐标端刀加工,提出一种新的干涉检测和排除方法.该方法基于曲面的多面体模型,用解析法判断刀具与曲面是否干涉,并给出排除干涉的计算公式.最后给出四轴端刀无干涉刀位点计算的算法,实例表明该方法稳定高效.     

插补前S加减速在CNC前瞻中的应用

计算机数字控制系统(CNC)中的速度前瞻处理可以在不影响插补轨迹精度的前提下极大地提高插补效率.针对前瞻算法中速度处理这一核心问题,分直线转接和圆弧转接2种情况分别建立了插补几何元素转接矢量夹角模型,并给出了一种基于插补前S型加减速的CNC速度前瞻算法.该算法根据设定的最大前瞻段数以及实际插补轨迹的几何特性,能够自适应确定轨迹的转接速度近似最优解,从而实现路径段之间进给速度的高速衔接.S型加减速由于在加速阶段和减速阶段均引入了加速度衰减,使得整个插补过程具有了高度的柔性.因此结合前瞻算法和S型加减速算法在高速加工时速度处理的优势,提出并实现了一种基于插补前S型加减速的CNC前瞻算法.该算法已经在工程实际中得到了验证.      

用CBN刀具高速切削灰铸铁的试验研究

研究了CBN刀具高速切削灰铸铁时的刀具前、后刀面磨损、耐用度以及富氧气氛对切削性能的影响,所用的灰铸铁具有不同的铁素体、珠光体比例,最高切削速度达1＇100 m/min.研究表明Amborite刀具的刀尖磨损略大于BZN6000刀具,在较低速度下加工以铁素体为主的灰铸铁时更容易发生月牙洼磨损;BZN6000刀具以700 m/min的切削速度加工铁素体含量较高的灰铸铁时耐用度较高,Amborite刀具的耐用度随切削速度而升高;在富氧气氛中切削可以减轻刀具磨损,这一效果对BZN6000刀具更为显著.文章中对这些现象的原因进行了讨论.     

并联磨床加工螺旋槽的磨削参数设计

螺旋槽的加工是回转体刀具加工的重要组成部分,其形状参数(尤其是前角、槽深和槽宽)对刀具的切削过程有很大的影响.基于6-UPS并联机床,在分析并联机床加工工艺特性的基础上,按照螺旋槽加工中砂轮与刀具的相对运动关系,建立了螺旋槽加工运动的理论模型,对可能影响螺旋槽成形的因素进行了全面分析.进而建立了一个仿真模型,可以对所有的磨削参数进行快速的定量设计和优化,主要包括砂轮偏转角度、砂轮厚度、砂轮轴向平移位置和螺旋槽深度,并通过加工实验进行了验证.     

用反圆环面刀加工变曲率过渡曲面原理

基于宽行加工理论和广域曲率吻合原则,提出一种利用圆环面内侧作为刀具工作面的反圆环面刀具宽行加工叶片进排气边的新方法.该方法通过优化刀具摆角使具有定母圆半径刀具工作面的包络面充分逼近叶片进排气边曲面,从而使刀具能在给定的精度范围内以最大行宽和最少刀轨行数加工出进排气边.最后,以某型号发动机叶片的进气边为例进行了加工实验.结果表明该方法能够大幅提高进排气边的加工质量,且反圆环面刀的加工行宽比球头刀提高了5倍.     

虚轴磨床加工球面铣刀的工艺模型

前刀面与后刀面的刃磨加工是球面铣刀加工工艺中最复杂的加工模型,尤其是球面端刃的前后刀面的加工模型,是研究的热点问题.虚轴机床的结构与传统机床不同,机床的运动控制特性也不同,需要特别加以考虑.详细研究了阿基米德螺旋线和圆弧轨迹2种球面端刃前刀面曲线的生成模型,计算了加工这2种前刀面曲线时相应机床运动的位置控制参数,由此提出了适合于虚轴机床的球面铣刀前后刀面刃磨的工艺模型及相应的加工工艺方法,解决了采用6USP虚轴机床加工球面铣刀的工艺问题.使加工模型简化而且合理,提高了虚轴机床的加工效率和精度.      

曲面的平坦方向

从数控加工的实际出发提出了曲面微观、宏观平坦方向这一概念产生的必要性,给出了它们的定义及计算方法。作者编制了通用软件,计算了几张曲面的平坦方向,已将这套软件用于生产实际。