復(fù)雜曲面寬行數(shù)控回工理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)發(fā)展水平的標志。作為數(shù)控技術(shù)的重要組成部分，數(shù)控加工編程技術(shù)一直是人們的研究重點和難點。隨著航空航天、汽車、新能源、微電子等領(lǐng)域的發(fā)展，不斷出現(xiàn)的復(fù)雜曲面零部件對數(shù)控加工編程技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。目前，以實現(xiàn)寬行線接觸為目標的寬行數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)在加工效率方面體現(xiàn)出了比較明顯的優(yōu)勢，但在理論及應(yīng)用上尚有大量的研究工作亟待努力開展。為此，本文以圓環(huán)面刀具為基礎(chǔ)，對復(fù)雜曲面寬行數(shù)

2、控加工編程技術(shù)中的刀具定位、刀軌規(guī)劃等基礎(chǔ)理論進行了深入研究與實踐。
　　對現(xiàn)有的多點切觸加工理論和幾種典型多點刀位算法進行了分析，以最大化加工帶寬為目標，以保證刀具表面和工件曲面在兩個切觸點處滿足絕對切觸、避免局部過切及控制兩個切觸點之間的最大欠切誤差為三個主要約束條件，建立了多點切觸加工的通用數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的研究工作奠定了重要的理論基礎(chǔ)。為了使用圓環(huán)面刀具加工復(fù)雜凸曲面，推導(dǎo)出了刀具底面中心和凸曲面之間沒有干涉時凸曲面的最大

3、曲率和刀具各相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系式。此外，基于圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線，給出了刀位誤差分布及加工帶寬的一般性求取方法。
　　針對圓弧相交法的不足，提出了改進的圓弧相交法。首先將圓環(huán)面刀具和工件曲面之間的相對位置關(guān)系等效為圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線和工件曲面等距面之間的位置關(guān)系，然后推導(dǎo)出了由刀具后跟角決定的環(huán)心圓曲線的參數(shù)方程，最后利用二分法對刀具后跟角實現(xiàn)了滿足局部過切條件下的優(yōu)化，由此確定所求刀位。同時，提出了改進的求圓環(huán)面刀具環(huán)心圓曲線

4、到工件曲面的最小距離算法，以避免在刀位優(yōu)化過程中發(fā)生局部過切。算例證明，改進的圓弧相交法不僅穩(wěn)定、計算效率高，而且能夠產(chǎn)生類似于多點刀位算法特有的“W”型誤差分布，盡管不能使圓環(huán)面刀具和工件曲面之間獲得兩個切觸點，但是在給定的加工誤差下能夠?qū)崿F(xiàn)曲面的寬行線接觸加工，因此是一種有效的寬行數(shù)控加工刀位算法。
　　在改進的圓弧相交法的基礎(chǔ)上，進一步提出了基于兩個切觸點的寬行刀位算法——旋轉(zhuǎn)切觸法。首先推導(dǎo)出了由刀具后跟角和側(cè)偏角決定的環(huán)

5、心圓曲線的參數(shù)方程，然后在滿足局部過切條件和兩個切觸點之間欠切條件的前提下，對刀具后跟角和側(cè)偏角進行了優(yōu)化，最終實現(xiàn)了圓環(huán)面刀具和工件曲面在最小主曲率方向兩側(cè)的兩點切觸，改善了復(fù)雜曲面的表面加工質(zhì)量，算例對旋轉(zhuǎn)切觸法的正確性和有效性進行了驗證。
　　為了使復(fù)雜曲面加工產(chǎn)生光順規(guī)整的刀路并充分利用由寬行刀位算法帶來的加工帶寬的優(yōu)勢，定義了特征點、特征曲線、特征參數(shù)線及特征參數(shù)加工區(qū)域的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法，

6、其基本原理是使下一條刀路的左特征參數(shù)線對應(yīng)的參數(shù)值等于當前刀路的右特征參數(shù)線對應(yīng)的參數(shù)值，即使所有規(guī)劃刀路對應(yīng)的特征參數(shù)加工區(qū)域的集合恰好構(gòu)成一張完整的工件曲面片。算例表明，特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法不僅可以產(chǎn)生光順無干涉的刀路，而且相比于等參數(shù)線法能夠有效減少曲面加工所需的刀路數(shù)量，提高實際加工效率。
　　以汽車頂蓋凸曲面為例，對復(fù)雜開闊凸曲面的寬行數(shù)控加工進行了研究。首先給出了由散亂點云數(shù)據(jù)進行汽車頂蓋凸曲面模型重建的過程，然后對