叶轮加工刀具路径优化方法研究

摘要

叶轮做为具有代表性的雕塑曲面类零件，在国防和能源等领域有着较为普遍的利用。五轴数控加工具有比三轴数控加工无可比拟的好处，因此常作为自由曲面类零件的加工的首选。但因为五轴比三轴多出两个旋转轴，致使刀具姿态更加难以控制。同时，刀具姿态的剧烈变化会造成过切与欠切，影响加工质量与精度。因此，本文主要针对刀轴矢量整体优化方法进行研究。
　　在分析整体叶轮的几何特性基础之上，进行相关工艺分析，制定了工艺流程。为评价刀具路径的好坏，研究并建立刀具路径优劣评价指标。在分析与评价的基础之上，对整体叶轮刀具路径进行规划。
　　传统的可达方向锥的计算只考虑了避免局部干涉或者全局干涉，本文针对叶轮加工可达方向锥的计算方法进行了研究，实现了基于机床结构约束的刀具可达方向锥的计算。通过在满足机床结构约束条件下进行刀具姿态可达性的判断，实现了刀具可达方向锥的计算。
　　刀具姿态的整体光顺是叶轮加工中的关键问题。本文结合刀具姿态变换度量指标，给出了刀具姿态的优化目标。通过建立有约束的单源有向图模型，将优化目标的求解
　　问题转化为求解该模型最短路径问题。利用最短路径求解算法对该模型进行求解，实现了刀具姿态的整体光顺。
　　基于以上研究，本文以VS2010为平台，并利用VERICUT软件，对叶轮加工刀具路径优化方法进行了系统实现及应用。证实了本文研究的叶轮加工刀具路径优化方法的适用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景和意义

1.3 刀具轨迹生成方法研究现状

1.4 刀轴矢量优化方法研究现状

1.5 干涉检测算法研究现状

1.6 本文主要研究内容

2 叶轮加工工艺分析及路径规划

2.1 整体叶轮的几何特征和加工工艺流程分析

2.2 整体叶轮加工工艺分析

2.3 刀具轨迹优劣评价指标

2.4 整体叶轮刀具路径规划

2.5 本章小结

3 叶轮加工刀具可达方向锥计算方法

3.1 刀具可视性分析的基本概念

3.2 三角片干涉检查算法研究

3.3 基于干涉检查的刀具可达方向锥的计算

3.4 实验验证

3.5 本章小结

4 叶轮加工刀轴矢量优化算法

4.1 刀轴矢量优化条件分析

4.2 刀轴矢量优化模型的建立

4.3 基于单源有向图的刀轴矢量优化目标求解

4.4 实验验证

4.5 本章小结

5 叶轮加工刀具路径优化算法系统实现与应用

5.1 叶轮加工刀具路径优化系统总体设计

5.2 叶轮加工刀具路径优化系统实现

5.3 仿真加工实验

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献