复杂螺旋面加工中刀具干涉检查算法研究

摘要

目前,在复杂螺旋面数控加工中,基于最小有向距离理论并结合五点寻优方法而得到的最小有向距离算法,是一种基于空间包络加工原理的编程方法,它解决了迭代算法中存在的收敛性问题,避免了全局区域内大量的点集计算,具有计算速度快、原理简单等特点,已成为一种非常有效的在复杂螺旋面数控加工中计算刀位轨迹的方法.然而,该算法没有对生成的刀位轨迹进行干涉检查.为了保证加工质量,提高加工精度,必须有检查是否存在刀具过切干涉的算法.该文利用遗传算法针对复杂螺旋面数控加工中的刀具干涉问题进行了研究.论文首先分析了截面包络法加工螺旋面的基本原理,利用最小有向距离理论,将刀具干涉检查问题转化为求取刀具和工件之间沿终结运动方向对应点距离的全局最小值问题,建立刀具干涉检查模型.然后,分析了遗传算法的基本原理和应用技巧.针对复杂螺旋面各处吃刀深度不同的特点,研究了刀具干涉点分布的规律,利用遗传算法的思想,分区域界定、宏观定位和局部搜索三个层次求解刀具和工件之间沿终结运动方向对应点距离的全局最小值,从而提出了一种新的刀具干涉检查算法.最后,通过对螺杆钻具加工实验,验证该算法的可行性与有效性.该算法有效地解决了用大直径盘形铣刀包络法加工异形螺杆时的刀具干涉检查问题,同时该算法的基本原理具有较强的通用性,也适用于自由曲面加工的刀具干涉检查.将此算法用于多轴联动数控机床的自动编程中,经过扩展可以研制具有自动生成无干涉刀位轨迹的CAM软件模块.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1课题背景

1.2国内外复杂曲面加工中刀具干涉检查研究现状与发展趋势

1.3国内外求全局最优解的主要方法与发展趋势

1.4课题的主要研究工作

1.5课题研究的目标和意义

2最小有向距离算法

2.1截面包络法加工螺旋面的基本原理

2.1.1加工原理

2.1.2截面包络法加工螺旋面的数学模型

2.2接触迹的连续性

2.3最小有向距离原理

2.3.1数控加工中的终结运动与有向距离

2.3.2最小有向距离原理

2.4最小有向距离算法

2.5五点寻优算法与刀具运动轨迹的计算

2.5.1五点寻优算法基本原理

2.5.2五点寻优的初始点选取

2.5.3刀具运动轨迹的计算

2.6小结

3刀具干涉检查

3.1遗传算法的基本原理

3.1.1遗传算法

3.1.2遗传算法的模式理论

3.1.3遗传算法与刀具干涉检查

3.2基于遗传算法的刀具干涉检查的基本原理

3.2.1刀具干涉数学模型的建立

3.2.2 刀具干涉检查的规律性分析

3.3刀具干涉检查的实现

3.3.1区域界定

3.3.2全局寻优

3.3.3局部搜索

3.3.4干涉检查

3.4程序设计

3.5小结

4算法验证

4.1计算实例

4.2刀具轨迹计算

4.3 刀具轨迹干涉判断

4.4遗传算法的有效性分析

4.5小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢