复杂曲面多轴数控加工精度预测与控制

摘要

随着数控加工技术的飞速发展及复杂曲面在航空航天、模具制造等领域的广泛应用，复杂曲面的加工表面质量尤其是加工精度的研究变的越来越重要。复杂曲面多轴数控加工表面精度受到众多因素的影响，如切削参数、刀具路径、编程误差等。在CAD/CAM系统中，参数形式的复杂曲线曲面已经成为描述零件外形轮廓的最常用的数学方法之一，曲线曲面数控插补成为影响加工精度的重要因素。
　　 本文将自适应控制理论与编程误差控制结合起来，提出了一种加工误差自适应补偿算法。同时建立了DMU70V加工中心的机床，工件.刀具系统坐标系，并对刀轴角度进行了定义；应用解析几何原理，建立了整体螺旋刃球头铣刀的刃线模型：推导出球头铣刀铣削运动变换矩阵；得出了整个系统加工过程中的刀位轨迹生成算法。结合DMU70V五轴数控加工中心加工正弦曲面的实例，得出采用加工误差自适应补偿算法前后的刀轨及刀位点仿真图。
　　 运用建立的自适应加工误差补偿算法，采用工程软件Matlab编程技术编制了球头铣削加工表面精度仿真算法，在Matlab软件的支持下完成正弦曲面铣削加工表面精度仿真。同时结合自适应误差补偿算法进行了铣削实验，通过实验结果与仿真精度的对比与分析发现预测值与实测值结果基本一致，证明本文得出的自适应误差补偿算法和精度模型是可行的，可以有效的预测并控制加工精度，为复杂曲面加工精度的预测和控制提供了有效的手段。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高速铣削加工过程控制

1.2.2 模具复杂曲面加工质量控制方法

1.2.3 高速铣削加工中的CAM刀轨生成以及精度控制方法

1.3 课题的提出及研究意义

1.4 课题研究的主要内容

第2章 复杂曲面多轴数控加工误差影响因素

2.1 复杂曲面多轴数控加工

2.1.1 自由曲面定义

2.1.2 NURBS曲面特征与描述

2.1.3 多轴数控加工系统

2.2 多轴CNC铣削加工误差产生机理

2.2.1 多轴数控铣削刀具

2.2.2 数控加工系统刀具运动形式

2.3 铣削加工误差累积原理

2.3.1 误差累积原理

2.3.2 数控加工系统中的误差累积

2.4 本章小结

第3章 加工误差自适应补偿

3.1 自适应理论

3.2 加工误差补偿方法

3.3 加工误差自适应补偿算法

3.4 加工误差自适应补偿程序实现方法

3.5 应用举例

3.6 本章小结

第4章 复杂曲面多轴数控加工精度建模

4.1 机床精度建模方法

4.2 DMU70V加工中心的机床-工件-刀具系统坐标系的建立

4.3 刀具模型的建立

4.3.1 整体式螺旋刃球头立铣刀刃线模型

4.3.2 螺旋刃球头铣刀五轴加工刀轴角度

4.3.3 球头铣刀铣削运动变换矩阵

4.4 刀位轨迹生成算法

4.5 加工表面精度仿真

4.5.1 复杂曲面加工表面精度评定模型

4.5.2 加工表面精度仿真

4.6 本章小结

第5章 复杂曲面加工精度验证

5.1 复杂曲面铣削实验设计

5.1.1 实验准备

5.1.2 实验参数选择原则

5.2 加工实验

5.2.1 实验加工方案

5.2.2 实验编程与加工

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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