复杂曲面的五坐标宽行数控加工技术研究

发布时间：2017-09-13 09:32

  本文关键词：复杂曲面的五坐标宽行数控加工技术研究

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【摘要】：五轴数控加工是实现复杂曲面零件的主流方法。伴随着五轴数控技术的普及,依靠球头刀对曲面的加工已经不能满足实践中对加工效率的要求。因为球头刀仅与加工表面满足点接触不能实现更大的加工带宽。充分利用五轴机床的优势,使用非球头刀对复杂曲面进行高效加工的相关研究已成为当前的热点和难点。本文通过逆向工程模型重构自由曲面,并针对该曲面给出基于非球头刀满足线接触的宽行加工算法,设计出完整的加工工艺流程。本文针对以上问题开展如下研究:1、根据切触点的坐标和被加工曲面信息,给出刀具的刀轴矢量在加工坐标系下以前倾角和侧偏角为变量的通用表达式。刀具包络面和设计曲面之间满足高阶切触时,在切触点处存在一条较宽的加工带。以三阶切触为约束条件,构建优化目标函数,并通过数值求解获得刀具位置矢量。2、通过最大弦高法计算刀具的步距,通过对初始刀轨的逐行偏置对加工轨迹进行规划,获得完整的刀具轨迹。以整体叶轮为实例,使用平底铣刀,利用上述算法完成刀位计算。3、利用非均匀有理B样条的方法,通过反算控制点和节点插入,对型值点进行插补,获得等节点的边界曲线,计算整个曲面的数据点。在CATIA中对导入的数据点进行三维实体建模。4、讨论五轴数控加工的在双转台机床下的后置处理并最终在Vericut中进行仿真加工。
【关键词】：复杂曲面 宽行加工 五轴数控加工 高阶切触
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-17
• 1.1 五坐标数控加工现状7-8
• 1.2 自由曲面的数控加工研究概述8-15
• 1.2.1 刀具路径生成的相关研究9-12
• 1.2.2 刀轴方位计算的研究12-14
• 1.2.3 刀具形状选择的研究14-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第2章 整体叶轮的造型与实现17-29
• 2.1 CAGD的发展17-19
• 2.2 NURBS曲线曲面的数学定义19
• 2.3 叶片型值点的NURBS曲线插值19-24
• 2.3.1 控制点反算流程20-22
• 2.3.2 叶轮叶片的数据处理22-24
• 2.3.3 叶轮轮毂的外轮廓计算24
• 2.4 CATIA环境下整体叶轮的三维建模24-28
• 2.4.1 基于CATIA的整体叶轮造型24-26
• 2.4.2 叶片的曲面分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 叶片曲面宽行加工几何学原理29-42
• 3.1 宽行加工几何学原理的相关基本概念29-33
• 3.2 在五坐标下刀轴的位置定义33-35
• 3.2.1 相关坐标系转换33-34
• 3.2.2 刀轴的定义和计算34-35
• 3.2.3 平底刀的刀具位置定义35
• 3.3 刀具包络面的建立和计算加工带宽35-39
• 3.3.1 刀具包络面的建立35-37
• 3.3.2 加工带宽的计算37-39
• 3.4 平底刀的刀位规划算例39-41
• 3.4.1 平底刀的包络面及目标函数建立39
• 3.4.2 刀位计算算法实现39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 整体叶轮的五轴加工工艺设计42-54
• 4.1 叶轮的几何特征42-43
• 4.2 叶轮的加工工艺流程设计43-48
• 4.2.1 叶轮毛坯43-44
• 4.2.2 叶轮加工工艺流程44-45
• 4.2.3 叶轮加工的夹具设计45-46
• 4.2.4 叶轮加工刀具的选择46-47
• 4.2.5 叶轮加工工序内容47-48
• 4.3 叶轮五轴数控刀具路径规划48-52
• 4.3.1 刀具路径的计算原理48-49
• 4.3.2 粗加工刀具路径规划方法49-50
• 4.3.3 精加工刀具路径规划方法50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 叶轮加工的后处理及加工仿真54-62
• 5.1 五轴加工的后处理54-55
• 5.2 MIKRON机床与HEIDENHAIN控制系统55-58
• 5.2.1 MIKRON UCP 600 Vario型机床介绍55-57
• 5.2.2 HEIDENHAIN数控系统介绍57-58
• 5.3 Vericut仿真加工58-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 附录70-79
• 附录A 根据型值点对叶轮的逆向构造程序（部分）70-74
• 附录B 叶轮相关数据（节选）74-78
• 附录C 叶轮叶片加工文件（适用海德汉系统）78-79

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本文编号：842889