非可展直纹曲面侧铣加工刀具轨迹优化研究

发布时间：2017-09-18 18:09

  本文关键词：非可展直纹曲面侧铣加工刀具轨迹优化研究

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【摘要】：随着装备制造业的不断发展,加工需求的不断提高,越来越多的自由曲面、组合曲面等的复杂曲面应用到民用和军用的设计中去。但是,现有的CAM软件已经无法满足侧铣加工的精度要求,为了更好的满足加工时对精度和工艺的要求,针对这类复杂曲面的侧铣加工我们对曲面的几何性质和加工要求进行特定的分析和相关的研究,通过建立刀具侧铣时刀轴轨迹的优化模型,对其进行优化求解;制定了先控制刀具包络面和设计曲面间的理论误差区域再优化其光顺性和连续性的方案。首先,研究曲面的理论基础,分析直纹面的几何特性,研究侧铣时刀具与曲面间位置的合理规划。利用ACIS的求交技术检测设计曲面与刀具的干涉情况,并通过对三点偏置算法的研究,对偏置点进行优化处理解决误差集中不平均的方法,基于刀轴矢量在空间中运动的特性,提出建立高斯球面簇,优化了相邻刀位刀轴的转动量,从而优化初始刀位的光顺性的方法。其次,研究刀位整体优化的方法,针对最小二乘法优化的特性,提出先优化基面的误差及光顺程度的方法。通过每组刀位的刀轴矢量簇建立有向图模型,运用以角速度为权值的带权DIJKSTRA算法求得模型的最优解作为基面,采用多约束求解的方法,求得最小二乘法优化的刀轴轨迹面。最后,根据实际加工中机床的插补模式,合理的对刀轴轨迹面进行密集离散。使离散的刀位的在尽可能满足插补的情况下与设计曲面的几何误差最小。通过以ACIS的C++开发平台应用到UG仿真软件中,对曲面进行加工仿真,以表面精度、表面光顺程度和加工时间为衡量基础验证了本优化算法的正确性。
【关键词】：非可展直纹曲面 五轴数控加工 刀轴轨迹优化 侧铣 刀轴矢量
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 课题研究的背景及意义12-14
• 1.3 国内外研究现状14-16
• 1.3.1 单个刀轴矢量规划14-16
• 1.3.2 刀轴矢量整体规划16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 复杂曲面优化基础19-40
• 2.1 五轴数控技术概述19-20
• 2.2 五轴数控编程20-23
• 2.3 曲线曲面基础理论23-30
• 2.3.1 空间曲线论23-24
• 2.3.2 曲面论基础24-27
• 2.3.3 直纹面简介27-28
• 2.3.4 网格曲面28-30
• 2.4 曲面拟合理论基础30-36
• 2.4.1 确定自由曲面上最贴合的直纹曲面30-31
• 2.4.2 基本直纹搜索方法31-33
• 2.4.3 最小二乘法拟合33-36
• 2.5 ACIS开发平台简介36-39
• 2.5.1 ACIS拓扑结构36-38
• 2.5.2 ACIS的空间表示与连续性38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 复杂曲面加工中的刀轴轨迹规划40-51
• 3.1 不同坐标下的刀轴矢量40-42
• 3.2 曲面加工时的干涉42-43
• 3.2.1 干涉的检测42
• 3.2.2 干涉的处理方法42-43
• 3.3 曲面的初始刀位确定43-46
• 3.3.1 直纹面侧铣误差理论分析43-44
• 3.3.2 初始刀位簇的确定44-46
• 3.4 曲面初始刀位的优化46-50
• 3.4.1 生成刀位刀轴矢量簇46
• 3.4.2 高斯球的建立46-47
• 3.4.3 全局最小化模型的求解47-48
• 3.4.4 步长的计算48
• 3.4.5 误差分析48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 复杂曲面加工中的刀位整体优化51-65
• 4.1 整体优化基础和空间构造基础51-53
• 4.1.1 侧铣加工与包络面51-52
• 4.1.2 空间法的构造52-53
• 4.2 侧铣加工刀位整体优化53-60
• 4.2.1 初始刀位的确定54-56
• 4.2.2 角速度的约束条件56-57
• 4.2.3 优化初始面及优化求解57-59
• 4.2.4 约束条件下的刀轴轨迹优化59-60
• 4.3 刀位的离散原理与优化60-61
• 4.4 算例分析61-63
• 4.5 刀位文件生成63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文72

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本文编号：877053