復雜曲面數(shù)控加工的若干基礎(chǔ)技術(shù)研究.pdf

1、在汽車大型覆蓋件模具的生產(chǎn)制造過程中,由于大型覆蓋件模具待加工型面面積大,鑄件型面各處變形量不均勻,導致按常規(guī)方法對汽車大型覆蓋件模具進行定位時不能解決模具的加工余量的均勻性問題,同時對模具進行粗加工時,刀具的空走刀路徑很長,延長了模具的加工周期,使得汽車大型覆蓋件模具生產(chǎn)廠家市場響應(yīng)能力差,增加了模具廠家的生產(chǎn)成本,影響了企業(yè)在市場中的競爭能力。另外在加工中,由于刀具、機床等因素的影響,模具加工質(zhì)量很難得到保證。因此對汽車大型覆蓋件模

2、具而言,粗加工以及加工精度是影響汽車大型覆蓋件模具加工的瓶頸。為此,本文對汽車大型覆蓋件模具的粗加工問題以及影響加工精度的問題進行了研究。首先要解決汽車大型覆蓋件模具加工余量的均勻性問題,對于加工余量偏向待加工型面一側(cè)的模具,通過對工件定位可以使得該問題得到解決。而對于待加工型面各處變形不同使得刀具空走刀路徑較多的問題,本文采用研究待加工型面荒加工區(qū)域的方法來解決。三軸加工是汽車大型覆蓋件模具加工最常用的加工方式,為提高其加工效率,對影

3、響其加工效率的因素,如球頭刀具切削時的受力以及加工時的工藝參數(shù)的設(shè)定進行了研究。由于汽車大型覆蓋件模具待加工型面面積大,粗加工的工作量大,實際上在汽車大型覆蓋件模具加工中,粗加工的工作量占整個模具數(shù)控加工時間的絕大多數(shù)時間,為盡量縮短模具的粗加工時間,因此本文也設(shè)定了超常規(guī)工藝參數(shù)來研究加工精度與刀具受力的關(guān)系。
　　 本文的研究旨在結(jié)合汽車大型覆蓋件模具數(shù)控加工的實際需要,以提高加工效率和加工精度為目標,對如何高效高精度進行汽

4、車大型覆蓋件模具復雜曲面數(shù)控加工的若干基礎(chǔ)技術(shù)進行研究,具體研究了如下內(nèi)容:
　　 1)曲面匹配是數(shù)字化加工與檢測的基礎(chǔ),在自由曲面產(chǎn)品的加工制造和檢測中有著非常重要的應(yīng)用(如定位安裝等)。本文研究了離散三角網(wǎng)格曲面的精確配準算法,計算中將“點一點”對齊法和“點一面”對齊法結(jié)合使用進行精匹配,對同一待匹配點,“點一點”對齊法和“點一面”對齊法所求出的配對點中距離較小者即為所求。在搜尋待匹配測量點的最近點時提出了直接以待匹配測量點

5、為中心的動態(tài)球搜索算法,可在設(shè)計曲面離散數(shù)據(jù)點中快速搜尋到距離測量點的最近點,使算法效率顯著提高。
　　 研究了設(shè)計曲面離散三角網(wǎng)格面數(shù)據(jù)與三維測量數(shù)據(jù)的精確匹配方法,主要對改變測量數(shù)據(jù)測量噪聲的大小、取點數(shù)目和取點位置對曲面匹配效果的影響進行了研究。通過對測量數(shù)據(jù)實施縮減,進一步提高了處理海量點云的配準(registration)效率。提出采用幾種指標來度量配準精度,使用模擬數(shù)據(jù)(包括含噪聲情況)進行了實例計算。實例計算表明:

6、當測量數(shù)據(jù)點的密度與設(shè)計曲面離散數(shù)據(jù)點的密度相同且密度較密集時,匹配結(jié)果較全面、準確地反映了曲面匹配的實際情況；匹配結(jié)果中的最大偏差、最小偏差應(yīng)視為曲面匹配中的特殊情況,而曲面匹配中的平均偏差能反映曲面匹配結(jié)果與測量噪聲、數(shù)據(jù)點位置以及數(shù)目的關(guān)系。曲面匹配中的最大偏差、平均偏差隨測量噪聲的增大而增大。
　　 2)對型面加工余量傾向一側(cè)的模具,通過定位安裝,將型面的部分加工余量轉(zhuǎn)移到模具底面加工,減少模具型面的加工工作量,提高模具

7、型面的數(shù)控加工效率。
　　 3)當沿模具型面進行荒加工時,由于曲面毛坯各處變形不同、余量分布不均勻?qū)е录庸r空走刀刀具路徑多,嚴重影響數(shù)控加工的效率,本文提出構(gòu)造荒加工區(qū)域的方法來解決這個問題。本文采用小三角網(wǎng)格面片來近似設(shè)計曲面,將毛坯測量點投影在零件型面等距面的離散三角網(wǎng)格面片上來獲得有效的荒加工區(qū)域。在計算中,將復雜的空間曲面求交問題簡化為較為簡單的與z軸平行的豎直線與離散曲面三角網(wǎng)格面片的求交問題,并采用長方形替代包容“

8、荒島”的最小凸包,可剔除無用的空走刀路徑,不僅簡化了刀具軌跡的排列,而且計算結(jié)果也表明了算法的簡潔、有效。
　　 4)根據(jù)銑削力與切削面積之間的關(guān)系,并考慮實際加工中影響切削力的主要因素,提出了球頭銑刀的三軸銑削力模型。結(jié)合實驗并采用多項式回歸分析方法提出了求取銑削力系數(shù)的計算方法。應(yīng)用實例進行了驗證,計算結(jié)果和實驗結(jié)果表明模型和實際具有一定的適應(yīng)性。模型為球頭銑刀在小切深工況時正確選用切削參數(shù)提供了理論依據(jù),有利于高效高精度數(shù)