递归分割曲面NC加工中的刀位数据计算及仿真算法研究

论文摘要

递归分割曲面不仅具有参数化曲面的很多优点,还可以容易地表示任意拓扑曲面,克服了参数化曲面表示复杂曲面时要进行大量曲面拼接的问题,因此它在动画制作、计算机绘图等领域得到了广泛的应用。为了推广它在数控加工领域的应用,本文研究递归分割曲面模型的数控加工刀位计算方法。首先,本文解决了截平面法得到的刀轨中因为步长的长短变化太大而影响机床运行稳定性的问题。本文用小步长和它相临步长夹角的余弦值作为影响因数,确定小步长的初始调整方向,并根据精度要求用布罗伊登法迭代求取小步长向单侧调整的最大调整量。当单侧调整未能达到长度要求时,则进行双侧调整。通过小步长的调整,使步长趋于协调,增加了走刀平稳性,有利于提高加工精度。其次,本文提出了将递归分割曲面等距面的线段按一定次序排序生成球头刀刀位数据的方法。以等距面一个三角形的边长大于给定行距作为该三角形进行分割的标准对等距面进行自适应分割,然后将等距面的节点按照一定顺序排序,直接生成无干涉刀位数据。这种方法的优点是球头刀在加工时沿着等距面上的线段走刀,行距和步长容易控制,并且插补误差为零。最后,本文给出了五轴机床环形刀加工递归分割曲面的刀位计算方法。本文采用环形刀的圆角切削工件,切削时有效半径为定值,便于计算行距。通过建立刀具圆角的刀具扫描体进行切削仿真。然后通过坐标转换,将曲面坐标系中的坐标值转换到刀具坐标系中,更加方便地进行干涉检验,在发生干涉时通过减小倾斜角度避免干涉。利用环形刀进行切削,有效地避开了球头刀中速度为零的区域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外文献综述
• 1.2.1 刀位计算方法概述
• 1.2.2 加工过程几何仿真
• 1.2.3 数控编程技术发展概况
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 递归分割曲面数控加工刀位计算
• 2.1 与刀具轨迹有关的几个基本概念
• 2.2 刀具模型的建立与刀具直径的选择
• 2.2.1 刀具模型的建立
• 2.2.2 刀具尺寸参数的选择
• 2.3 粗加工刀位数据计算
• 2.3.1 粗加工刀位计算方法
• 2.3.2 粗加工刀位数据实例
• 2.4 精加工刀位数据计算
• 2.4.1 递归分割曲面法向等距面的生成
• 2.4.2 截平面法中小步长问题的解决
• 2.4.3 刀位数据计算的环切法
• 2.4.4 五轴机床环形刀加工递归分割曲面的刀位计算
• 2.5 局部刀位轨迹规划
• 2.6 本章小结
• 第3章 递归分割曲面加工仿真技术
• 3.1 毛坯的建立
• 3.1.1 圆形毛坯的生成
• 3.1.2 方形毛坯的建立
• 3.2 加工干涉的检查与避免
• 3.3 切削仿真和精度检验
• 3.3.1 切削仿真算法
• 3.3.2 误差分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 后置处理与加工实验
• 4.1 后置处理的实现
• 4.2 编写数控代码
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢