截面包络法加工螺旋面的刀具轨迹计算及干涉判断算法研究

摘要

论文提出最小有向距离原理,并以此为理论基础研究截面包络法加工螺旋面的刀位轨迹计算方法——最小有向距离算法;利用最小有向距离原理将曲面干涉的计算问题转化为对刀具与工件曲面间有向距离函数的全局寻优问题,采用遗传算法进行全局搜索,并将寻优结果用于干涉判断.在上述工作基础上研究截面包络法数控加工螺旋面的编程算法与软件开发.论文首先提出光滑曲面共轭的接触迹连续性命题,并予以证明,为刀位轨迹计算提供了前提;针对数控加工的特点,将插补运动进行分解,提出终结运动与有向距离的概念,并在终结运动分别为平动与转动条件下,证明了最小有向距离点即为刀触点.此即为最小有向距离原理,为刀位轨迹计算与干涉校验奠定了理论基础.在加工过程中,刀具的安装角度误差、阿基米德插补误差等都将影响工件的加工误差.论文以计算机仿真为手段,详细分析了截面包络法加工螺旋面时工件与刀具上的接触迹形状及影响因素;分析了安装误差及插补误差对工件加工精度的影响,并得出相关结论,为提高螺旋面的加工精度奠定了基础.在上述工作的基础上,进行了截面包络法加工螺旋面的编程算法研究,研制开发了具有自主知识产权的专用CAM软件,并在自行研制成功的三坐标螺杆专用数控机床进行了加工应用,验证了原理的正确性与技术的可行性,为软件的推广提供了保证.

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1前言

1.2螺旋面加工刀具轨迹计算及干涉判断的研究现状与发展趋势

1.2.1复杂曲面加工刀具轨迹计算方法的研究现状与发展趋势

1.2.2刀具干涉判断方法的研究现状与发展趋势

1.2.3螺旋面加工刀位轨迹及刀具干涉判断算法的研究现状与发展趋势

1.3论文的选题依据和研究工作

1.3.1论文的选题依据

1.3.2论文的主要研究工作

第二章截面包络法加工螺旋面的基本原理

2.1螺旋面加工方法概述

2.2截面包络法加工的螺旋面基本原理和特点

2.3截面包络法加工螺旋面的数学模型

2.3.1建立坐标系

2.3.2工件螺旋面的几何模型

2.3.3刀具的几何模型

2.3.4刀具坐标系到工件坐标系的变换

2.3.5截面包络法加工螺旋面的运动模型

2.4截面包络法加工螺旋面的共轭原理

2.5本章小结

第三章接触迹的连续性与最小有向距离原理

3.1刀具和工件表面刀触点轨迹的连续性

3.1.1刀触点轨迹连续性命题的提出

3.1.2刀触点轨迹连续性的证明

3.2刀具与曲面的连续可微性分析

3.2.1工件曲面的连续可微性分析

3.2.2刀具表面的连续可微性分析

3.3最小有向距离原理

3.3.1数控加工中的终结运动与有向距离

3.3.2最小有向距离原理的提出及其证明

3.4本章小结

第四章最小有向距离算法及其应用研究

4.1最小有向距离算法

4.1.1最小有向距离算法的基本思想

4.1.2五点寻优算法

4.1.3五点寻优的初始点选取

4.1.4刀位点计算

4.2分片光滑表面的刀具轨迹计算

4.3基于遗传算法思想的干涉判断算法

4.3.1遗传算法的基本思想

4.3.2基于遗传算法的刀具干涉检查

4.3.3干涉判断的实现

4.4本章小结

第五章截面包络法加工螺旋面误差分析

5.1接触迹特性分析

5.1.1接触迹的一般形式

5.1.2影响接触迹的主要因素

5.2截面包络法加工螺旋面的仿真算法

5.2.1包络面仿真算法原理

5.2.1包络面仿真算法的实现

5.3阿基米德螺线插补产生的误差分析

5.3.1阿基米德螺线插补运动模型

5.3.2误差模型的建立

5.3.3编程点间的步长对阿基米德螺线插补误差的影响

5.3.4刀尖圆弧半径对阿基米德螺线插补误差的影响

5.3.5刀具安装角度对阿基米德螺线插补误差的影响

5.4刀具安装高度偏差对加工误差的影响

5.5本章小结

第六章数控铣削加工螺杆自动编程系统开发及实验研究

6.1截面包络法铣削加工螺杆的数控机床简介

6.2截面包络法数控铣削加工螺杆自动编程系统

6.3本章小结

第七章结论与展望

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间发表的论文及获奖情况

附录