自由曲面叶轮的四坐标数控加工研究

 针对自由曲面叶轮的四坐标加工,提出了一种刀轴矢量的确定方法。给定工作台倾斜角度和刀具后跟角,四坐标加工的刀轴矢量必然位于这两个角度确定的两个圆锥面上。通过对两个圆锥面求交并结合叶轮加工的实际特点,给出了自由曲面叶轮四坐标加工刀轴矢量的计算方法。根据得到的刀轴矢量,计算相应的侧偏角,从而可将五坐标加工的理论和方法直接应用于四坐标加工中。算例表明,该方法合理可行,能够有效提高四坐标加工效率、降低叶轮加工成本,并可推广至一般曲面的四坐标加工以及五轴四联动加工。     

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。     

组合曲面数控加工的一种处理方法

本文提出了在三座标数控铣床上实现组合曲面数控加工的一种处理方法:即以球形铣刀与两相贯曲面的切点作为走刀控制边界,从而进行单张曲面加工的方法。 一、球形铣刀与两相贯曲面相切的切点计算方法     

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。     

用四坐标数控铣床加工整体叶轮

介绍一种形成包络面(等距面)的实用方法,提出一种用四坐标数控铣床加工整体叶轮的程序计算方法。还介绍了刀具选择、叶轮装夹和干涉检查等内容。根据本文所述方法用四坐标数控铣床在国内首次加工出导弹涡喷发动机整体叶轮,各项指标均达到设计标准。     

基于西门子数控系统的机床换刀安全设计

以五坐标数控龙门铣床换刀设计为例,通过数控系统参数定义机床换刀点,并实时监控换刀状态,处理五轴特殊加工指令带来的换刀问题,提供了一种安全高效的解决方案,满足了客户要求.     

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。     

复杂曲面加工刀轴矢量优化研究

本文对某复杂曲面的多轴数控加工刀轨进行了研究,针对该曲面的特征,采用可变轮廓铣策略;优化刀轴矢量,实现在曲面切削时,刀具的切削点到刀轴的投影距离最大,从而实现最大切削速度,提高表面质量。本文构建了切削过程的刀轴矢量变化模型,最终完成刀轴矢量旋转角的优化。经验证采用该策略及模型能获得较高的表面质量和精度,达到设计和精度要求。     

基于压缩量偏差约束的整体叶盘砂布轮数控抛光路径规划

数控抛光是实现整体叶盘叶片表面光整加工自动化、高效化的关键技术,而抛光路径规划对表面质量有着显著的影响。在抛光曲面时,砂布轮沿接触曲线上的径向压缩量偏差导致材料去除量一致性较差。针对该问题,提出一种基于压缩量偏差约束的路径规划方法。通过对砂布轮受曲面挤压变形几何分析,建立了自由曲面抛光接触线上砂布轮压缩变形量分布模型。在给定刀触点处,以接触曲线上最大压缩量偏差最小化为评价指标构建了刀轴矢量优化模型,并利用改进的粒子群优化（PSO）算法进行求解。基于最优刀轴矢量,完成自由曲面上等参数相邻刀触轨迹曲线的计算。最后,通过数据对比和试验,验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明,抛光区域的轮廓度、粗糙度均得到明显的改善。     

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。     

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.     

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。     

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。     

Dual Drive Curve Tool Path Planning Method for 5-axis NC Machining of Sculptured Surfaces

The problem of finished surface being not first-order continuous commonly exists in machining sculptured surfaces with a torus cutter and some other types of cutters. To solve this problem, a dual drive curve tool path planning method is proposed in this article. First, the maximum machining strip width of a whole tool path can be obtained through optimizing each tool position with multi-point machining (MPM) method. Second, two drive curves are then determined according to the obtained maximum machining strip width. Finally, the tool is positioned once more along the dual drive curve under the condition of tool path smoothness. A computer simulation and cutting experiments are carried out to testify the performance of the new method. The machined surface is measured with a coordinate measuring machine (CMM) to examine the machining quality. The results obtained show that this method can effectively eliminate sharp scallops between adjacent tool paths, keep tool paths smooth, and improve the surface machining quality as well as machining efficiency.     

五轴数控加工中心数学模型的建立与实现

多轴加工时,数控软件生成的刀位文件中既包含刀具刀尖点的坐标值,也包含刀轴方位的方向矢量,因此后置处理程序需要将刀位文件中的刀位轨迹坐标转换为机床坐标及相应的回转角度.针对一种五轴数控加工中心,用数学描述的方法建立其坐标变换的数学模型,讨论BC两角可能出现的几种情况,从而解决了其数据转换的问题.在此基础上,利用C 语言开发本模型相应的后置处理程序.实验证明该模型是切实可行的.     

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。     

基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法

目前环形刀具的刀位算法均未考虑圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角,因而在理论上存在较大的编程误差。针对实际使用刀具为非圆截面环形刀具的情况,通过对环形刀具的截面曲线进行分析,提出了一种基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法。首先利用经线法求解出刀具表面和工件曲面之间的误差分布,然后根据此误差分布来调整刀具位置和姿态,使刀具表面与设计曲面在不发生干涉的情况下实现密切接触,从而得到刀具在指定定位点处的最优刀位。仿真结果表明,传统的五坐标刀位算法会产生较大的加工误差,而本文提出的算法消除了圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角所引起的加工误差,可有效提高复杂曲面的加工精度并获得满足给定编程公差的优化刀位。