基于圆环面刀具自由曲面数控加工刀具路径规划

发布时间：2017-10-13 07:31

  本文关键词：基于圆环面刀具自由曲面数控加工刀具路径规划

  更多相关文章： 自由曲面 圆环面刀具 刀具路径规划 等残留高度法

【摘要】：随着科技的迅速发展,船舶、航空航天、汽车以及电子产品等行业对于产品外形的要求越来越复杂化,越来越个性化,自由曲面在这些行业被广泛应用。自由曲面的复杂性,对加工提出了很大要求。由于自由曲面精度要求高又难以精确的用数学表达式描述,自由曲面的研究以及其刀具路径生成技术是自由曲面数控加工的重点。在此背景下,本文研究了圆环面刀具数控加工自由曲面的路径生成算法。非均匀有理B样条曲线曲面作为国际标准化组织指定的产品数据交换的唯一标准,有着其他样条曲线曲面方法无可比拟的优势,因此,本文选择非均匀有理B样条作为自由曲面表示的数学模型,并叙述了非均匀有理B样条曲线曲面在几何造型和微分几何方面的相关理论。数控编程的重点在于刀具路径的规划与生成,一套好的刀具路径能够直接带来经济效益。因此,本文根据刀具与曲面的局部微分几何结构研究了一种刀具路径生成算法——等残留高度和变步长法。刀具路径实际上就是刀位点数据按照一定规律组成的集合体,刀具路径规划就是计算刀位点的过程。在空间图形变换的基础上,本文建立了圆环面刀具与自由曲面切削模型并研究了刀触点转化为刀位点的求解方法。不同的刀具路径规划算法主要区别是走刀步长和行距的计算方法不同。本文的刀具路径规划首先确定走刀步长和行距的计算方法,再选取最长边界线为初始路径,然后根据步长将曲面边界离散成一系列刀触点,利用行距公式计算出相邻刀轨对应的刀触点,最后根据刀位点公式将刀触点转换为刀位点,这些刀位点拟合成刀具加工路径。为此,论文通过对自由曲面数学建模,利用Matlab工具编程对本文路径规划算法进行了具体实现,通过计算基于圆环面刀具的刀位点数据并拟合生成刀具轨迹,同时利用UG软件采用球头刀对相同数据的自由曲面进行加工路径仿真,通过两者比较,可以得出圆环面刀具加工效率更高的结论。
【关键词】：自由曲面 圆环面刀具 刀具路径规划 等残留高度法
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 附件2-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 本课题研究发展概况10-13
• 1.3 本课题研究背景及研究内容13-15
• 1.3.1 本课题研究背景13-14
• 1.3.2 本课题研究内容14-15
• 1.4 章节结构15-16
• 第2章 自由曲线曲面16-24
• 2.1 自由曲线曲面概述16-17
• 2.2 NURBS曲线曲面17-19
• 2.2.1 NURBS曲线定义17-18
• 2.2.2 NURBS曲面定义18-19
• 2.3 NURBS曲面微分几何计算19-21
• 2.4 NURBS曲线曲面插值21-22
• 2.4.1 NURBS曲线插值21
• 2.4.2 NURBS曲面插值21-22
• 2.5 本章小结22-24
• 第3章 圆环面刀具数学分析24-34
• 3.1 圆环面刀具的数学模型24-25
• 3.2 工件曲面的数学模型25-26
• 3.3 圆环曲面几何分析26-29
• 3.4 刀具曲面与工件曲面接触的数学模型29-33
• 3.4.1 圆环面的位姿29-30
• 3.4.2 刀具曲面与工件曲面接触的数学描述30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 自由曲面加工路径规划技术34-48
• 4.1 刀具路径规划原理34-41
• 4.1.1 相关基本概念34-36
• 4.1.2 刀具路径规划计算流程36
• 4.1.3 走刀步长的计算36-38
• 4.1.4 行距的计算38-41
• 4.2 刀具路径生成算法41-44
• 4.2.1 刀位点的计算41-42
• 4.2.2 曲面边界离散算法42
• 4.2.3 相邻刀轨的计算42-43
• 4.2.4 刀具路径生成43-44
• 4.3 Matlab程序实现44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 加工路径仿真与算法结果比较48-55
• 5.1 数控加工仿真概况48-49
• 5.1.1 几何仿真48
• 5.1.2 动力学仿真48-49
• 5.2 仿真加工流程49-53
• 5.3 仿真与算法结果比较53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 论文总结55
• 6.2 研究展望55-57
• 参考文献57-59
• 攻读学位期间取得的研究成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王晓明;潘培道;;数控高速切削加工中刀具路径的研究[J];池州学院学报;2008年03期

2 刘强;;高性能数控机床与虚拟数控加工[J];航空制造技术;2008年17期

3 成凯,马彪,郑慕侨;机械CAD/CAE/CAM/PDM软件的发展现状和应用[J];机械设计与制造;2001年04期

4 张曙;;数控加工技术的现状和发展趋势[J];金属加工(冷加工);2010年20期

5 熊清平;数控系统技术的发展趋势[J];机电工程技术;2004年09期

6 王太勇;张志强;王宏强;张志伟;;两类参数曲面的高精度刀具轨迹规划[J];机械科学与技术;2007年02期

7 王知行,王哲;一种新的数控加工刀具轨迹生成算法的研究[J];机械设计;2000年11期

8 陈涛,钟毅芳,周济;自由曲面5轴数控加工刀位轨迹的生成算法[J];机械工程学报;2001年12期

9 郭倩;;数控自动编程技术现状和发展方向[J];价值工程;2011年28期

10 王全为;李学艺;陈松;;基于局部特征的复杂曲面零件行切加工[J];煤炭学报;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李万军;基于分形中Hilbert曲线的复杂曲面加工刀具轨迹规划算法研究[D];南京航空航天大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王宏远;复杂型面NC加工过程中刀具轨迹的研究[D];兰州理工大学;2007年

2 籍亚红;自由曲面数控加工中的刀具路径规划[D];沈阳工业大学;2008年

3 隆强;自由曲面造型方法及五坐标数控加工的研究[D];西南交通大学;2012年

4 张国丽;基于CAXA数控仿真系统的教学实训平台的研究[D];华北电力大学;2012年

5 廖波;自由曲面加工刀具轨迹生成技术研究[D];兰州理工大学;2013年

，

本文编号：1023587