整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究

发布时间：2017-05-05 19:11

  本文关键词：整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：整体叶轮是航空航天、船舶发动机等各类透平机械的关键部件,随着航天和海洋事业的发展,对叶轮的性能提出了更高的要求,随之而来的是整体叶轮的形状更加复杂,其加工要求也越来越高。五轴侧铣加工是工业中复杂高性能零件高效加工的重要手段,能够加工连续、平滑、复杂的整体叶轮的叶片曲面。由于整体叶轮的叶片一般为非可展直纹面,非可展直纹面侧铣加工过程中存在原理性误差,同时要保证刀具路径的平滑性,刀具路径规划的复杂度进一步提高。因此,整体叶轮的五轴侧铣加工中,对刀具路径规划的研究具有重要的实际意义。本文从理论上分析了非可展直纹面侧铣加工的几何学原理,基于微分几何中的等距映射的性质,对非可展直纹面五轴侧铣加工的刀具路径规划进行了研究。主要内容如下:1.应用微分几何曲线论和曲面论,讨论了曲面之间关系与曲面自身特性的联系,针对曲面之间的相互接触,研究了曲面侧铣的几何原理及刀轴矢量运动学并将其应用于刀具包络曲面运动学模型中。2.从刀具曲面与待加工曲面的接触特性出发,建立回转刀具加工曲面的局部几何模型,分析非可展直纹面侧铣加工的原理性误差;对叶片曲面及加工中其他重要曲面进行分析并对叶片进行NURBS表示;规划铣削工艺,主要包括加工阶段的划分和加工刀具的选择。3.对叶片五轴侧铣过程进行刀具路径规划,提出基于曲率变化的走刀步长计算方法;针对圆柱铣刀,根据微分几何等距映射下的极差不变性,构建出设计曲面的等距面,以此为基准确定刀位,将刀具包络面与设计曲面的误差转化到刀轴轨迹面和等距面的极差上,通过控制曲面之间的极差来达到减小加工误差确定最终刀位的目的;针对圆锥铣刀,提出基于特征线偏置的刀位计算方法,以新的偏置面为基准对刀轴轨迹面进行优化。4.分析多种加工方法引起的误差,通过实例计算验证本文所提算法的优越性,其后通过加工仿真验证其可行性,并评判其轨迹光顺性。表明文中所建立的模型能减小加工误差,且能在一定程度上提高加工效率,具有实际的借鉴意义。
【关键词】：整体叶轮 五轴侧铣加工 运动学 等距映射 刀具路径规划
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 选题背景及意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-20
• 1.3.1 复杂曲面发展现状及整体叶轮的加工13-15
• 1.3.2 侧铣加工刀具路径规划15-18
• 1.3.3 加工刀位干涉的处理18-19
• 1.3.4 整体叶轮叶片侧铣加工的发展趋势19-20
• 1.4 论文主要研究内容20
• 1.5 课题来源20
• 1.6 本章小结20-23
• 第2章 五轴侧铣加工的微分几何原理23-35
• 2.1 曲线的局部微分几何23-26
• 2.1.1 参数曲线23-24
• 2.1.2 曲线的曲率和Frenet标架24-26
• 2.2 曲面的局部微分几何26-29
• 2.2.1 参数曲面26-27
• 2.2.2 曲面曲线的主曲率及主方向27-28
• 2.2.3 曲面的切平面和法线28-29
• 2.3 侧铣加工的几何原理及其矢量运动学29-34
• 2.3.1 侧铣加工概述29-30
• 2.3.2 曲面加工运动学模型30-31
• 2.3.3 矢量运动学31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 侧铣加工曲面分析和加工工艺规划35-45
• 3.1 曲面分析35-40
• 3.1.1 叶片曲面性质35-36
• 3.1.2 叶片曲面的NURBS表示36-38
• 3.1.3 加工涉及的其他重要曲面38-40
• 3.2 铣削工艺规划40-44
• 3.2.1 侧铣加工涉及的基本概念40-41
• 3.2.2 加工阶段的划分41-42
• 3.2.3 加工刀具的选择42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 刀具路径规划研究45-59
• 4.1 刀具路径规划概述45-46
• 4.2 圆柱刀侧铣加工叶片曲面的刀位规划46-55
• 4.2.1 等距面的性质46
• 4.2.2 走刀步长的确定46-48
• 4.2.3 初始刀位48-51
• 4.2.4 优化刀位51-55
• 4.3 圆锥刀侧铣加工叶片曲面的刀位规划55-58
• 4.3.1 映射点和映射线55-56
• 4.3.2 基于特征线偏置的刀位规划方法56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 叶片曲面五轴侧铣误差分析与加工仿真59-71
• 5.1 侧铣加工误差分析59-64
• 5.1.1 弓高误差59
• 5.1.2 过切及欠切误差59-60
• 5.1.3 实例的误差计算与分析60-64
• 5.2 加工仿真64-69
• 5.2.1 模型的建立64-66
• 5.2.2 五轴侧铣加工刀具路径的生成66-68
• 5.2.3 五轴加工运动学仿真68-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 论文总结71-72
• 6.2 课题展望72-73
• 参考文献73-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 蔺小军;樊宁静;郭研;崔栋鹏;王志伟;张新鸽;;非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法[J];机械工程学报;2014年09期

2 朱利民;郑刚;丁汉;;圆锥刀五轴侧铣加工刀具路径整体优化原理与方法[J];机械工程学报;2010年23期

3 朱利民;郑刚;张小明;丁汉;;刀具空间运动扫掠体包络面建模的双参数球族包络方法[J];机械工程学报;2010年05期

4 陈晓兵;廖文和;吴海兵;孙全平;陈前亮;;三角网格表面等残留高度刀轨生成算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2009年12期

5 孔马斌;胡自化;李慧;陈小告;张平;;整体叶轮五轴侧铣刀位优化新算法与误差分析[J];计算机集成制造系统;2008年07期

6 席光;吴广宽;郑健生;;基于半径和角偏置的直纹面五坐标加工刀位生成算法[J];机械工程学报;2008年04期

7 梁伟文;;Loop细分曲面的数控粗加工刀具路径生成方法[J];深圳职业技术学院学报;2007年03期

8 陈良骥;王永章;;整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究[J];计算机集成制造系统;2007年01期

9 宫虎,曹利新,刘健;数控侧铣加工非可展直纹面的刀位整体优化原理与方法[J];机械工程学报;2005年11期

10 蔡永林,席光,查建中;任意扭曲直纹面叶轮数控侧铣刀位计算与误差分析[J];西安交通大学学报;2004年05期

  本文关键词：整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：346949