螺旋桨叶轮自由曲面造型与五轴高速数控加工技术的研究

摘要

高精度、高效率是数控技术研究的重要目标。五轴数控加工是实现大型与异型复杂零件高效高质量加工的重要手段，而高速加工更能提高加工效率和达到镜面铣削的效果，尤其对超薄零件的加工时其它方法所不能替代的。 螺旋桨叶轮是一种典型的自由曲面零件，其传统的设计和加工方法既费时又难保证精度，而专用的螺旋桨CAD/CAM软件价格又及其昂贵。因此，通过研究利用现有通用的cAD/CAM软件来设计、加工出螺旋叶轮，对于类似零件的实际生产加工有着非常重要的意义。 本论文在深入研究自由曲面造型原理和五轴高速加工工艺的基础上，利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权可，得到了理想的二阶连续的桨叶曲面。把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中，通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择，计算出叶轮的加工刀轨路径，并通过后置处理得到符合MIKRON UCP 800数控机床的NC代码。最后经过仿真验证NC代码的准确性，并加工出叶轮产品。采用该方法可以在保证精度的前提下，充分利用UG、PowerMill、Vericut等软件的建模、加工和仿真功能，使加工精度和效率明显提高，为螺旋叶轮这类典型的超薄自由曲面零件提供了有效的设计方法和加工工艺。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1自由曲面造型技术概论

1.1.1自由曲面技术发展历程

1.1.2自由曲面造型的几种主要方法

1.1.3自由曲面与数控加工的关系

1.2五轴数控加工技术概述

1.2.1五轴数控加工的优点

1.2.2五轴数控机床种类

1.2.3五轴数控加工的关键技术

1.3高速数控加工技术概述

1.3.1高速数控加工定义及优点

1.3.2高速数控加的关键技术

1.3.3高速数控加工技术应用方面研究的发展趋势

1.4复杂曲面数控加工技术

1.4.1复杂曲面数控加工的国内外研究现状

1.4.2目前复杂曲面数控加工中存在的主要问题

1.4.3螺旋桨叶轮造型与数控加工的研究现状

1.5论文的主要研究内容

第二章螺旋桨叶轮自由曲面造型

2.1自由曲面造型理论

2.1.1 B样条的数学描述

2.1.2曲线与曲面的等距构造

2.1.3直纹面的几何性质

2.2螺旋桨叶轮的几何结构

2.2.1螺旋桨的整体构造

2.2.2螺旋桨叶的形成

2.2.3螺旋桨造型的基本参数

2.2.4螺旋桨叶轮工件坐标系中坐标的计算

2.3螺旋桨叶轮的自由曲面建模

2.3.1轮廓数据的输入

2.3.2螺旋桨线方程的建立及B样条叶轮曲线的生成

2.3.3 B样条螺旋桨面的生成及叶轮整体建模

2.4本章小结

第三章自由曲面五轴高速数控加工

3.1五轴数控加工工艺规划

3.1.1五轴数控加工刀轴控制方法和驱动方式

3.1.2刀位轨迹规划方法

3.1.3等参数线法走刀步长和行距的计算

3.1.4等参数线法刀位轨迹计算

3.2高速数控加工艺规划

3.2.1高速数控加工对刀具路径的要求

3.2.2高速数控加工的编程策略

3.2.3切削参数的选择方法

3.2.4高速数控加工切削条件的优化

3.3螺旋桨叶轮数控加工工艺规划

3.3.1刀具的选择与夹具的设计

3.3.2加工参数的合理选择

3.3.3加工工步的确定及刀位的计算

3.4本章小结

第四章刀位文件的后置处理和数控加工仿真

4.1刀位文件的后置处理

4.1.1后置处理的主要任务

4.1.2五坐标数控机床后置处理算法

4.1.3 MIKRON UCP 800 NC代码的生成

4.2数控加工仿真技术

4.2.1数控加工仿真技术的特点

4.2.2 MIKRON UCP 800机床仿真模型的建立

4.2.3螺旋浆叶轮数控加工仿真

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文