切削力约束下的曲面加工刀具轨迹规划

发布时间：2017-08-28 20:22

  本文关键词：切削力约束下的曲面加工刀具轨迹规划

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【摘要】：复杂曲面表达的产品几何形状可控,性能优良,在航空航天、汽车、船舶及模具等工业领域获得了广泛应用。现今复杂曲面的造型技术已较成熟,但是其加工仍是一大难题。多轴联动数控机床为复杂曲面的加工提供了可靠途径,也极大地提高了其加工质量和加工效率。数控加工过程中,刀具轨迹与零件的加工精度和加工效率密切相关,也直接影响刀具寿命和机床的动态性能。合理的刀具轨迹规划是复杂曲面加工的重要保证,是复杂曲面数控加工的关键技术。刀具轨迹规划分为两部分内容,一是刀具轨迹的参数,即走刀行距、步长的取值；二是刀具轨迹的拓扑形状,即走刀方式。曲面加工理想的刀具轨迹要满足：走刀行距、步长分布合理,加工后的残余高度均匀一致；切削平稳,切削力的波动小。本文以实现复杂曲面零件的高质量高效率加工为目标进行研究,具体研究内容如下：在给定残余高度和加工误差的基础上,对UG数控加工刀位点数据进行走刀行距、步长优化。将数据点分组,通过最小二乘拟合法建立与曲面几何特征相关的具有最优走刀行距、步长的刀具位置网格。以网格节点作为加工的刀位点,任一刀位点往其所有邻居刀位点走刀均能获得均匀一致的残余高度。通过Matlab软件进行编程完成刀具位置网格的建立及迭代过程,计算网格节点的Z坐标和法矢量、曲率,确定网格节点的位置以及各节点与其邻居节点间的相关关系,将上述信息存储作为后续规划的基础。针对走刀行距、步长优化后的刀位点,分析加工过程中产生的切削力波动的影响因素,以曲面几何特征为基础,综合考虑刀具轨迹拓扑形状与加工过程中的切削力波动,合理规划走刀方式,以加工过程中产生的切削力波动最小为约束制定走刀方式规划原则,根据实际加工情况在基本原则基础上附加约束条件,获得刀具轨迹。通过减小切削力波动以提高曲面加工质量。规划后的刀具轨迹不仅能满足曲面的残余高度等几何要求,而且考虑了加工过程中动态特性和物理因素,保证了加工过程中产生的切削力波动小,对加工质量、刀具和加工设备均大有益处。对所获得的刀位数据信息进行了后置处理,编制用于三轴加工的G代码,最后以马鞍面刀位点数据为例,进行工件的提效和加工质量验证实验,验证了本文提出方法的正确性和有效性。
【关键词】：复杂曲面 刀具轨迹规划 切削力波动 走刀方式
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9
• 1.2 复杂曲面加工刀具轨迹规划技术的研究现状9-12
• 1.2.1 刀具轨迹规划技术研究现状10-12
• 1.2.2 走刀行距、步长计算研究现状12
• 1.3 复杂曲面加工刀具轨迹规划方法存在的主要问题12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 2 刀具轨迹规划基础15-24
• 2.1 曲面数控加工过程15
• 2.2 刀具轨迹规划相关基本概念15-16
• 2.3 刀具轨迹规划方法16-18
• 2.3.1 等参数线法16-17
• 2.3.2 截平面法17
• 2.3.3 等残余高度法17-18
• 2.4 刀具轨迹规划关键技术18-23
• 2.4.1 加工刀具选择18-19
• 2.4.2 走刀行距计算方法19-21
• 2.4.3 走刀步长计算方法21-22
• 2.4.4 走刀方式的选择22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 曲面加工走刀行距及步长优化24-41
• 3.1 刀具位置网格的构建25-31
• 3.1.1 刀具位置网格尺寸确定25-27
• 3.1.2 刀具位置网格的建立及迭代过程27-31
• 3.2 刀具位置网格节点的确定31-38
• 3.2.1 刀具位置网格节点Z坐标的计算31-33
• 3.2.2 刀具位置网格节点的邻居节点的确定33-34
• 3.2.3 刀具位置网格节点法向量与曲率计算34-38
• 3.3 走刀行距及步长优化前后对比38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 切削力波动小为约束的曲面加工走刀方式规划41-53
• 4.1 球头铣刀的切削状态分析41-43
• 4.2 球头铣刀加工曲面切削力波动影响因素分析43-46
• 4.2.1 实验探究43-44
• 4.2.2 理论计算44-46
• 4.3 切削力波动小为约束的走刀方式规化原则制定46-47
• 4.4 切削力波动小为约束的走刀方式规划47-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 实验验证53-65
• 5.1 加工与测力系统53-56
• 5.1.1 加工设备53-54
• 5.1.2 测力系统54-55
• 5.1.3 加工刀具55
• 5.1.4 采用材料及载体55-56
• 5.2 走刀行距和步长优化后提效验证实验56-59
• 5.2.1 实验方案56-57
• 5.2.2 加工后表面粗糙度的测量与加工时间对比57-59
• 5.3 走刀方式规划后加工质量提高验证实验59-64
• 5.3.1 实验方法59-60
• 5.3.2 切削力波动状况分析60-62
• 5.3.3 加工后表面粗糙度的测量与分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70

【参考文献】

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本文编号：749271