大型网格壁板跳刀式数控加工路径规划方法的研究

摘要

铝合金网格壁板是运载火箭的主要结构件，其重量直接影响火箭贮箱重量，过重的网格壁板降低了运载火箭的有效发射能力，为此，必须对火箭铝合金网格壁板进行减重处理，通常情况下，材料去除率达到60%～70%。目前数控铣削加工已成为大型复杂网格壁板减重处理的主要方法，然而，加工效率低的问题一直没有很好地解决。本文通过研究现有的刀具路径规划方法存在的问题，突破型腔特征加工路径受制于特征形状的局限，提出并研究跨型腔特征的“跳刀”式刀具路径规划方案，建立考虑惯性影响的数控加工刀具路径和加工参数优化的新方法，以期为提高铝合金网格壁板的加工效率提供新的思路和途径。
　　本研究以加工时间为评价指标，应用S型加减速算法，建立等距环切和螺旋线环切的速度进给模型和加工时间计算公式，分析了在给定进给速率的情况下刀具路径上速度、加速度的分布规律以及环切法中机床运动系统中惯性质量与加速度对加工效率的影响，认为：优化选择刀具路径规划中的加速度和机床进给运动中的惯性质量是提高铝合金网格壁板型腔加工效率的有效途径。为了减小惯性对加工效率的影响，突破型腔特征边界对刀具路径规划的局限，提出了“跳刀式”加工的刀具路径规划方法，即：改变原来的X-Y轴联动、Z轴间歇运动组合为X-Z轴联动、Y轴间歇运动或X-Y-Z三轴联动方式，研究跨型腔特征的“跳刀”式路径规划方案。粗加工时采用“跳刀”方式、精加工时采用环切方式规划刀具路径以提高切削加工效率。综合考虑加速度变化和惯性作用下机床运动特性和刀具、工件变形对网格壁板型腔加工的实际刀具轨迹和切削余量变化的规律，运用S型加减速理论方法对跳刀刀具路径做速度进给分析，并计算加工时间，建立刀具路径规划算法和参数优化模型，建立数值分析系统，验证该方法的有效性。在上述理论研究和仿真分析的基础上，以航天某厂的加工系统为实验平台，完成了验证实验，结果表明：跳刀式加工路径比等距环切路径的加工效率提高14.27%、比螺旋线环切路径加工方法的效率提高了4.35%，说明跳刀式刀具路径规划方案可有效提高切削加工效率。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究目的和意义

1.2国内外相关技术研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 网格壁板环切路径规划的仿真研究

2.1铝合金网格壁板型腔环切法路径规划简介

2.2环切加工路径规划中走刀速度与加速度的计算方法

2.3 四边形型腔等距环切速度与加速度分布规律的仿真研究

2.4四边形型腔螺旋线环切速度与加速度分布规律的仿真研究

2.5 环切加工路径规划制约加工效率提高的原因分析

2.6本章小结

第3章 大型网格壁板数控加工中跳刀式刀具路径规划方法的研究

3.1大型网格壁板数控加工跳刀式路径规划的基本思路

3.2 跳刀式数控加工路径规划过程

3.3四边形型腔跳刀式加工进给速度分析

3.4跳刀式与环切式路径规划加工效率的比较研究

3.5四边形型腔跳刀加工速度、加速度分布规律及效率提高原因

3.6本章小结

第4章 跳刀式加工的实验研究

4.1实验方案设计

4.2 实验结果及其分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢