组合曲面等残高刀具路径规划方法研究及实现

摘要

出于美观或性能的要求，很多产品的外形是由组合曲面造型而来的，在组合曲面的众多加工方法中，五轴数控机床加工是最主要的方法。在五轴机床刀具路径规划研究中，具有最大切削效率和最短路径的等残高法一直是研究热点，但在组合曲面的应用中却遇到了困难。针对等残高法在组合曲面路径规划上遇到的无拓扑关系，边界刀路连接问题，本文通过欧氏边界对比建立拓扑关系，在共同边修改刀路连接点等措施，对等残高路径规划方法在组合曲面上的应用进行了研究。
　　本文首先介绍了单张曲面的路径规划方法并重点研究了等残高法，将其与组合曲面上常用路径规划方法比较后，研究在组合曲面上进行等残高的路径规划，并指出应用困难在于曲面在参数空间的拓扑关系缺失。为了建立拓扑关系，本文对曲面的建模方法进行了研究，分析了曲面在欧氏和参数空间的数学格式。在此基础上，采用对比组合曲面共同的欧氏边界来寻找参数空间边界的相邻关系，再通过此相邻关系来建立组合曲面拓扑结构。
　　在建立了拓扑关系的组合曲面基础上，本文使用组合曲面的共同边界作为初始刀路，向内部偏置生成等残高螺旋刀路。对不同曲面上的刀路在共同边界连接点处不同时满足残高要求的情况，给出了在边界上比较偏置距离来调整刀路的方法。对刀位刀路在相邻曲面不连续情况，采用Hermite曲线进行过渡。
　　在完成了完整的组合曲面等残高算法流程之后，本文对其实现进行了实际验证。针对使用不同机床加工中遇到的后处理问题，在五轴机床空间运动学的基础上，给出了加工使用的双转台机床后处理方法。最后以一个由三张曲面的组合而成的叶片为例，介绍了其组合曲面路径生成方法和在Vericut中的加工仿真过程，并进行实际加工验证了方法的有效性。本文方法对于提高复杂零件的加工精度和加工效率，充分发挥五轴机床的加工优势，具有实际的工程意义和实用价值。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 曲面的五轴加工方法

1．3 单张曲面的路径规划研究现状

1．3．1 常用刀路及主要问题

1．3．2 刀路的评价标准

1．3．3 单张曲面的路径规划

1．4 组合曲面的路径规划研究现状

1．4．1 组合曲面路径规划常用方法及主要问题

1．4．2 组合曲面路径规划关键技术

1．5 本文工作

1．5．1 本文的研究意义

1．5．2 本文的主要内容安排

第2章 组合曲面拓扑结构建立方法

2．1 引言

2．2 数学基础

2．2．1 NURBS曲线曲面

2．2．2 微分几何

2．3 组合曲面的结构

2．3．1 裁剪曲面

2．3．2 组合曲面

2．4 组合曲面拓扑结构的建立

2．4．1 基础元素创建

2．4．2 拓扑关系建立方法

2．5 本章小结

第3章 组合曲面等残高刀路规划

3．1 引言

3．2 加工工艺选择

3．2．1 刀具路径基础

3．2．2 刀路形状确定

3．2．3 刀具选择

3．3 走刀步长和步距计算

3．3．1 走刀步长计算

3．3．2 步距计算

3．4 CC路径生成

3．4．1 CC路径偏置方法

3．4．2 CC刀路连接方法

3．5 CL路径生成

3．5．1 CC路径转换方法

3．5．2 CL路径连接方法

3．6 本章小结

第4章 后处理开发

4．1 引言

4．2 五轴机床的空间运动学

4．3 双转台式机床的后处理开发

4．3．1 坐标系交换方法

4．3．2 正向运动学推导

4．3．3 反向运动学推导

4．4 本章小结

第5章 仿真及实验

5．1 引言

5．2 五轴加工仿真

5．2．1 路径生成

5．2．2 仿真流程

5．3 组合曲面五轴加工实验

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献