復(fù)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(guò)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(dǎo)致按常規(guī)方法對(duì)汽車大型覆蓋件模具進(jìn)行定位時(shí)不能解決模具的加工余量的均勻性問(wèn)題,同時(shí)對(duì)模具進(jìn)行粗加工時(shí),刀具的空走刀路徑很長(zhǎng),延長(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。另外在加工中,由于刀具、機(jī)床等因素的影響,模具加工質(zhì)量很難得到保證。因此對(duì)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(duì)汽車大型覆蓋件模具的粗加工問(wèn)題以及影響加工精度的問(wèn)題進(jìn)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(wèn)題,對(duì)于加工余量偏向待加工型面一側(cè)的模具,通過(guò)對(duì)工件定位可以使得該問(wèn)題得到解決。而對(duì)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(wèn)題,本文采用研究待加工型面荒加工區(qū)域的方法來(lái)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(duì)影

3、響其加工效率的因素,如球頭刀具切削時(shí)的受力以及加工時(shí)的工藝參數(shù)的設(shè)定進(jìn)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(shí)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(gè)模具數(shù)控加工時(shí)間的絕大多數(shù)時(shí)間,為盡量縮短模具的粗加工時(shí)間,因此本文也設(shè)定了超常規(guī)工藝參數(shù)來(lái)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(shí)際需要,以提高加工效率和加工精度為目標(biāo),對(duì)如何高效高精度進(jìn)行汽

4、車大型覆蓋件模具復(fù)雜曲面數(shù)控加工的若干基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)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(cè)的基礎(chǔ),在自由曲面產(chǎn)品的加工制造和檢測(cè)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(zhǔn)算法,計(jì)算中將“點(diǎn)一點(diǎn)”對(duì)齊法和“點(diǎn)一面”對(duì)齊法結(jié)合使用進(jìn)行精匹配,對(duì)同一待匹配點(diǎn),“點(diǎn)一點(diǎn)”對(duì)齊法和“點(diǎn)一面”對(duì)齊法所求出的配對(duì)點(diǎn)中距離較小者即為所求。在搜尋待匹配測(cè)量點(diǎn)的最近點(diǎn)時(shí)提出了直接以待匹配測(cè)量點(diǎn)

5、為中心的動(dòng)態(tài)球搜索算法,可在設(shè)計(jì)曲面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)中快速搜尋到距離測(cè)量點(diǎn)的最近點(diǎn),使算法效率顯著提高。
　　 研究了設(shè)計(jì)曲面離散三角網(wǎng)格面數(shù)據(jù)與三維測(cè)量數(shù)據(jù)的精確匹配方法,主要對(duì)改變測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量噪聲的大小、取點(diǎn)數(shù)目和取點(diǎn)位置對(duì)曲面匹配效果的影響進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)施縮減,進(jìn)一步提高了處理海量點(diǎn)云的配準(zhǔn)(registration)效率。提出采用幾種指標(biāo)來(lái)度量配準(zhǔn)精度,使用模擬數(shù)據(jù)(包括含噪聲情況)進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。實(shí)例計(jì)算表明:

6、當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度與設(shè)計(jì)曲面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度相同且密度較密集時(shí),匹配結(jié)果較全面、準(zhǔn)確地反映了曲面匹配的實(shí)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(cè)量噪聲、數(shù)據(jù)點(diǎn)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(cè)量噪聲的增大而增大。
　　 2)對(duì)型面加工余量?jī)A向一側(cè)的模具,通過(guò)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(dāng)沿模具型面進(jìn)行荒加工時(shí),由于曲面毛坯各處變形不同、余量分布不均勻?qū)е录庸r(shí)空走刀刀具路徑多,嚴(yán)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。本文采用小三角網(wǎng)格面片來(lái)近似設(shè)計(jì)曲面,將毛坯測(cè)量點(diǎn)投影在零件型面等距面的離散三角網(wǎng)格面片上來(lái)獲得有效的荒加工區(qū)域。在計(jì)算中,將復(fù)雜的空間曲面求交問(wèn)題簡(jiǎn)化為較為簡(jiǎn)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(wèn)題,并采用長(zhǎng)方形替代包容“

8、荒島”的最小凸包,可剔除無(wú)用的空走刀路徑,不僅簡(jiǎn)化了刀具軌跡的排列,而且計(jì)算結(jié)果也表明了算法的簡(jiǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)并采用多項(xiàng)式回歸分析方法提出了求取銑削力系數(shù)的計(jì)算方法。應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明模型和實(shí)際具有一定的適應(yīng)性。模型為球頭銑刀在小切深工況時(shí)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)