基于铣削力控制的曲面加工轨迹规划方法研究

摘要

社会经济的飞速发展带动了汽车制造业的发展，为了满足汽车外形美观度及性能的要求，汽车覆盖件模具的更新速度逐步加快。但是，由于汽车覆盖件模具具有外形结构较大、曲率变化不均匀等特性，若模具整体采用一种加工方式进行加工则会导致表面质量差及加工效率低等问题，同时，也增大了汽车覆盖件模具数控加工编程的难度。为此，本文针对汽车覆盖件模具的曲面划分、铣削力建模及刀具路径规划等方面展开研究。
　　针对汽车覆盖件整体加工存在的加工质量问题，采用计算曲面离散型值点的主曲率、平均曲率和高斯曲率及K-means聚类算法对复杂曲面进行划分，并结合Voronoi图算法对曲面边界进行提取，完成整体复杂曲面的分片划分。
　　针对球头刀数控铣削加工过程，以瞬时刚性力学模型为基础，通过求解瞬时刚性力学模型中的未知量，建立刀具-工件切触区域模型，并采用MATLAB软件对刀具-工件切触区域进行仿真，结合坐标变换建立铣削力模型。
　　针对传统刀具路径规划算法仅仅考虑刀具与工件之间几何位置之间的关系，忽略物理因素对整个加工过程的影响这一问题，采用TSP问题来解决刀路轨迹规划问题，并采用遗传算法来解决TSP问题，选择铣削力变动相对小的方向为加工方向，得到了规划的刀具路径，并采用MATLAB软件对规划的刀具路径进行仿真。
　　通过传统加工方法与优化算法的对比实验验证了优化算法规划刀具路径的正确性、可行性，并证明优化算法规划的刀具路径加工的工件表面光顺性更好，加工过程中所承受的平均铣削力更小。

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第1章 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的来源及主要研究内容

第2章 汽车覆盖件模具曲面的分片划分

2.1汽车覆盖件模具曲面特征描述

2.2 NURBS曲面表达及计算

2.3复杂曲面的特征分析

2.4复杂曲面分区域规划

2.5本章小结

第3章 基于切触区域求解的球头刀铣削力建模

3.1坐标系的定义

3.2微元铣削力模型

3.3切削刃微元长度求解

3.4瞬时未变形切削厚度及切削宽度求解

3.5刀具-工件切触区域求解

3.6铣削力模型的建立

3.7本章小结

第4章 基于TSP问题的刀路轨迹规划

4.1复杂曲面刀路轨迹规划的方法

4.2 TSP问题的数学模型

4.3解决TSP问题的方法

4.4遗传算法解决TSP问题的应用

4.5仿真实例

4.6本章小结

第5章 复杂曲面刀具路径规划实验及结果分析

5.1实验设备及实验曲面

5.2实验步骤及方案

5.3 UG加工编程及实验加工

5.4实验对比分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢