復(fù)雜曲面無干涉刀具軌跡生成算法研究.pdf

1、葉輪是復(fù)雜曲面類零件中最有代表性的一類零件,它葉片薄且扭曲大,流道狹窄,加工過程中極易發(fā)生干涉。由于五坐標(biāo)數(shù)控加工在加工復(fù)雜曲面中的優(yōu)勢(shì),葉輪通常采用五軸加工來完成。生成高質(zhì)量的數(shù)控加工程序是保證葉輪加工質(zhì)量的前提,而無干涉刀具軌跡規(guī)劃則是生成高質(zhì)量數(shù)控加工程序的關(guān)鍵。因此,本文以葉輪作為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究以葉輪為代表的復(fù)雜曲面無干涉刀具軌跡生成算法。
　　本文首先介紹了刀具軌跡規(guī)劃中常用的微分幾何知識(shí),推導(dǎo)了參數(shù)曲面法向量、法曲

2、率和主方向等參數(shù)的數(shù)學(xué)公式,在此基礎(chǔ)著重研究了等參數(shù)線和等殘高刀具軌跡生成算法及在葉輪曲面加工中的應(yīng)用,接著從算法本身、刀具軌跡總長度,刀具軌跡實(shí)際殘余高度分布比較了等參數(shù)線法和等殘高法生成的刀具軌跡結(jié)果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)等殘高法軌跡更短、加工質(zhì)量更好。刀軸矢量規(guī)劃是無干涉刀具軌跡規(guī)劃中另一個(gè)重要方面,它可以充分發(fā)揮五軸加工的優(yōu)勢(shì),避免加工過程中的干涉的發(fā)生。本文提出了兩種刀具矢量規(guī)劃方法:引導(dǎo)曲線法和關(guān)鍵刀軸矢量全局插值法。引導(dǎo)曲線規(guī)劃法是根

3、據(jù)葉輪的幾何結(jié)構(gòu),在兩個(gè)相鄰葉片之間構(gòu)造一條光滑的曲線作為引導(dǎo)曲線,然后定義刀軸向量開始于引導(dǎo)曲線上一點(diǎn),終止于刀位點(diǎn)。通過分解計(jì)算出后跟角和側(cè)傾角,證明了刀具是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的。關(guān)鍵刀軸矢量全局插值法是根據(jù)葉輪曲面的特點(diǎn),在曲面上選取多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)插入無干涉刀軸矢量作為關(guān)鍵刀軸矢量,利用改進(jìn)的四元數(shù)插值方法實(shí)現(xiàn)了這些關(guān)鍵刀軸矢量全局光順插值,其實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明刀軸在關(guān)鍵刀軸矢量處是光滑連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的。本文中提到的算法通過UG二次開發(fā)編寫的用戶程序集成到