復(fù)雜曲面寬行數(shù)控回工理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。作為數(shù)控技術(shù)的重要組成部分，數(shù)控加工編程技術(shù)一直是人們的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著航空航天、汽車、新能源、微電子等領(lǐng)域的發(fā)展，不斷出現(xiàn)的復(fù)雜曲面零部件對(duì)數(shù)控加工編程技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。目前，以實(shí)現(xiàn)寬行線接觸為目標(biāo)的寬行數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)在加工效率方面體現(xiàn)出了比較明顯的優(yōu)勢(shì)，但在理論及應(yīng)用上尚有大量的研究工作亟待努力開展。為此，本文以圓環(huán)面刀具為基礎(chǔ)，對(duì)復(fù)雜曲面寬行數(shù)

2、控加工編程技術(shù)中的刀具定位、刀軌規(guī)劃等基礎(chǔ)理論進(jìn)行了深入研究與實(shí)踐。
　　對(duì)現(xiàn)有的多點(diǎn)切觸加工理論和幾種典型多點(diǎn)刀位算法進(jìn)行了分析，以最大化加工帶寬為目標(biāo)，以保證刀具表面和工件曲面在兩個(gè)切觸點(diǎn)處滿足絕對(duì)切觸、避免局部過切及控制兩個(gè)切觸點(diǎn)之間的最大欠切誤差為三個(gè)主要約束條件，建立了多點(diǎn)切觸加工的通用數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的研究工作奠定了重要的理論基礎(chǔ)。為了使用圓環(huán)面刀具加工復(fù)雜凸曲面，推導(dǎo)出了刀具底面中心和凸曲面之間沒有干涉時(shí)凸曲面的最大

3、曲率和刀具各相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系式。此外，基于圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線，給出了刀位誤差分布及加工帶寬的一般性求取方法。
　　針對(duì)圓弧相交法的不足，提出了改進(jìn)的圓弧相交法。首先將圓環(huán)面刀具和工件曲面之間的相對(duì)位置關(guān)系等效為圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線和工件曲面等距面之間的位置關(guān)系，然后推導(dǎo)出了由刀具后跟角決定的環(huán)心圓曲線的參數(shù)方程，最后利用二分法對(duì)刀具后跟角實(shí)現(xiàn)了滿足局部過切條件下的優(yōu)化，由此確定所求刀位。同時(shí)，提出了改進(jìn)的求圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線

4、到工件曲面的最小距離算法，以避免在刀位優(yōu)化過程中發(fā)生局部過切。算例證明，改進(jìn)的圓弧相交法不僅穩(wěn)定、計(jì)算效率高，而且能夠產(chǎn)生類似于多點(diǎn)刀位算法特有的“W”型誤差分布，盡管不能使圓環(huán)面刀具和工件曲面之間獲得兩個(gè)切觸點(diǎn)，但是在給定的加工誤差下能夠?qū)崿F(xiàn)曲面的寬行線接觸加工，因此是一種有效的寬行數(shù)控加工刀位算法。
　　在改進(jìn)的圓弧相交法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了基于兩個(gè)切觸點(diǎn)的寬行刀位算法——旋轉(zhuǎn)切觸法。首先推導(dǎo)出了由刀具后跟角和側(cè)偏角決定的環(huán)

5、心圓曲線的參數(shù)方程，然后在滿足局部過切條件和兩個(gè)切觸點(diǎn)之間欠切條件的前提下，對(duì)刀具后跟角和側(cè)偏角進(jìn)行了優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了圓環(huán)面刀具和工件曲面在最小主曲率方向兩側(cè)的兩點(diǎn)切觸，改善了復(fù)雜曲面的表面加工質(zhì)量，算例對(duì)旋轉(zhuǎn)切觸法的正確性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　為了使復(fù)雜曲面加工產(chǎn)生光順規(guī)整的刀路并充分利用由寬行刀位算法帶來(lái)的加工帶寬的優(yōu)勢(shì)，定義了特征點(diǎn)、特征曲線、特征參數(shù)線及特征參數(shù)加工區(qū)域的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法，

6、其基本原理是使下一條刀路的左特征參數(shù)線對(duì)應(yīng)的參數(shù)值等于當(dāng)前刀路的右特征參數(shù)線對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，即使所有規(guī)劃刀路對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)加工區(qū)域的集合恰好構(gòu)成一張完整的工件曲面片。算例表明，特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法不僅可以產(chǎn)生光順無(wú)干涉的刀路，而且相比于等參數(shù)線法能夠有效減少曲面加工所需的刀路數(shù)量，提高實(shí)際加工效率。
　　以汽車頂蓋凸曲面為例，對(duì)復(fù)雜開闊凸曲面的寬行數(shù)控加工進(jìn)行了研究。首先給出了由散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行汽車頂蓋凸曲面模型重建的過程，然后對(duì)