复杂曲面数控加工无干涉刀位轨迹的计算方法研究

论文摘要

随着航空、汽车、造船、和模具制造等工业的发展,越来越多的复杂曲面被用于工程之中。但由于复杂曲面形成原理复杂,加工困难,精度不易保证,因此多采用数控自动编程系统进行数控编程加工。本文通过对复杂曲面数控自动编程系统的研究和探索,扩大复杂曲面数控系统前置处理技术刀位轨迹计算模块的适用范围,从而使其得到完善。为此,本文首先对工件和刀具建立了通用模型。对于工件,采用参数方程和离散数据两种数据输入方式。对于参数曲面,采用先离散,再曲面重构的处理方法,建立统一的Ferguson双三次样条插值曲面通用工件模型,同时对双三次曲面片边界信息矩阵元素的计算方法和曲面边界条件的建立进行了研究。对于刀具,本文根据各类铣刀的几何特性,建立了双锥面加圆环面的通用铣刀模型,并给出了通用刀具模型各表面参数方程及法矢量方程,进行了各种典型铣刀实际模型的简化分析,开发了对用户友好的刀具选择和参数输入界面。这些都为无干涉刀位轨迹计算软件的通用性奠定了基础。本文其次对最小有向距离算法,五点寻优方法和基于遗传算法思想的干涉判断算法进行了介绍,并根据课题的实际需要对遗传算法进行了改进,开发了复杂曲面数控系统刀位轨迹生成和干涉检查的软件模块。最后本文利用软件工程的思想,用VB语言编制程序,生成了操作简单、人机对话友好的界面,同时对复杂曲面加工CAM系统前置处理器的功能和使用方法进行了简要介绍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 数控机床及数控自动编程技术的发展状况
• 1.3 复杂曲面CAD/CAM的发展及现状
• 1.3.1 复杂曲面造型技术的发展及现状
• 1.3.2 复杂曲面数控编程技术研究现状
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第二章 通用模型的建立
• 2.1 工件通用模型的建立
• 2.1.1 基于三坐标测量机的离散数据获取
• 2.1.2 曲面数学模型的选择
• 2.1.3 Ferguson双三次曲面重构
• 2.1.4 B矩阵的求解
• 2.1.5 Ferguson双三次曲面的计算流程
• 2.2 实例验证
• 2.3 通用铣刀刀具模型建立
• 2.4 小结
• 第三章 刀位轨迹的计算方法
• 3.1 坐标系的建立
• 3.2 建立运动模型及简化
• 3.2.1 运动模型的建立
• 3.2.2 简化运动模型
• 3.3 刀位轨迹计算
• 3.3.1 最小有向距离原理
• 3.3.2 最小有向距离算法
• 3.3.3 刀触点的计算
• 3.4 小结
• 第四章 刀具干涉检查
• 4.1 遗传算法的提出与应用
• 4.1.1 基于遗传算法的刀具干涉检查算法的提出
• 4.1.2 遗传算法的主要思想
• 4.2 遗传算法的改进
• 4.3 基于遗传算法的刀具干涉检查
• 4.4 刀具干涉检查的实现
• 4.5 实例验证
• 4.6 小结
• 第五章 复杂曲面CAM系统程序设计
• 5.1 系统构成
• 5.2 前置处理模块
• 5.3 工件输入
• 5.3.1 对参数方程的处理
• 5.3.2 对离散点的处理
• 5.4 刀具输入
• 5.5 刀位轨迹计算
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢