自由曲面加工刀具轨迹生成技术研究

摘要

随着科学技术的发展，自由曲面已经是工程中最复杂而又经常遇到的曲面，在航空、造船、汽车、动力、能源等部门中许多零件外形，如飞机机翼或汽车车身，以及模具工件表面等均为空间曲面。这些复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。为此有效解决复杂、精密零件加工问题的数控加工技术得到广泛的研究和应用。刀具轨迹生成是自由曲面零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛深入的内容。在自由曲面的多坐标数控加工中，刀具轨迹的优劣直接影响其加工精度和加工效率。
　　本文以三轴球头刀铣削加工曲面为对象对刀具轨迹生成算法和干涉检查算法进行研究。通过分析APT法、等参数线法、截面线法、多面体法、投影法和偏置面法等多种曲面加工方法的特点，针对不同形状的曲面，提出用等参数线法和等残留高度法两种刀具轨迹生成法分别进行加工。等参数线法使刀具轨迹计算方法简单，计算速度快;但加工曲面的参数分布不均匀时，刀具轨迹分布也不均匀，加工效率也相对较低;等残留高度法在加工复杂曲面时比其他刀具轨迹生成法具有更高的加工效率，较好的加工质量。因此对于加工曲率变化缓慢的曲面采用参数线法，加工曲率变化很大的曲面用采等残留高度法。这样就综合了这两种刀具轨迹生成法的优点。刀具轨迹的干涉分为全局干涉和局部干涉，本文重点采用多面体干涉检查算法对刀具轨迹的局部干涉进行处理。把被加工曲面按一定精度离散成一系列三角形面片，将刀具与曲面位置关系的判断问题转化成刀具与三角形面片位置关系的判断问题。这种算法，可以有效的消除过切干涉。
　　对比加工实例，结果表明本文所用方法在保证加工质量的前提下有效提高了加工效率，能够显示生成无干涉刀具轨迹。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题意义

1．2 国内外相关研究现状综述

1．2．1 数控技术的产生和发展历程

1．2．2 刀具轨迹规埘的研究现状

1．2．3 刀具轨迹生成方法的研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 刀具轨迹规划理论基础

2．1 曲面基本理论

2．2 曲面微分几何基础

2．3 NURBS曲线曲面

2．4 基于NURBS曲线的曲面建模方法

2．5 刀具轨迹相关的概念

2．6 本章小结

第3章 自由曲面的刀具轨迹生成算法研究

3．1 叶片的几何模型建立

3．2 等残留高度法刀具轨迹的生成

3．2．1 走刀步长的确定

3．2．2 刀具半径的确定

3．2．3 行距的确定

3．2．4 刀位点的搜索

3．2．5 刀具轨迹的生成过程

3．3 等参数线法刀具轨迹的生成

3．3．1 步长的确定

3．3．2 刀具半径的确定

3．3．3 行距的确定

3．3．4 刀具轨迹生成过程

3．5 本章小结

第4章 刀具轨迹干涉检验方法分析

4．1 刀具轨迹干涉的形式

4．1．1 全局干涉检查的方法

4．1．2 局部干涉检查的方法

4．2 曲面网格三角化划分

4．2．1 曲面网格三角化划分

4．2．2 三角形网格的精度检验

4．2．3 数据结构

4．3 刀具轨迹局部干涉检查算法

4．3．1 球头刀多面体干涉检查计算方法

4．3．2 球头刀多面体干涉检查计算步骤

4．4 本章小结

第5章 自由曲面加工仿真分析

5．1 加工参数分析

5．1．1 刀具类型确定

5．1．2 走刀参数选择

5．2 实例应用

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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