复杂曲线高性能数控加工的关键技术研究

论文摘要

随着科学技术的发展,工业领域对复杂曲线、曲面产品的数控加工技术要求越来越高。高精度、高速度、加工的平稳性和刀具切削的光顺性是当今复杂曲线、曲面加工的关键技术。数控加工过程中刀具轨迹的设计在一定程度上影响了数控加工性能的优越性。论文以具有G1连续性的复杂曲线型刀具轨迹的插补技术作为切入点,以现有的三轴联动数控机床为加工平台,借鉴曲线加工时刀具轨迹的直线插补和圆弧插补两种插补方式,对“坐标系插补法”进行了深入的研究。首先提出了一种基于参数B样条曲线下的新的插补方法——坐标系插补法：基于刀具路径,建立了便于计算和编程的样条拟合方法；引入工作台旋转对加工工件质量的影响因素,提出了基于坐标系插补法的刀具路径生成算法。其次根据刀具按照切削路径走刀时产生加工误差的原因,提出了等弦高误差非均匀递归拟合算法(一种基于B样条刀具参数步长的选取方法),令坐标系插补法实现了在保证加工误差前提下的数控机床加工的高速性和简便性。再次对由于刀具磨损和刀位点变化造成的切削误差进行了讨论,利用刀具误差补偿原理对坐标系插补法加工工件时的切削误差进行了有效的补偿。最后对基于坐标系插补法的刀具路径进行了实例分析,证明了此方法能够满足复杂曲线加工时的高精度数据拟合的要求。通过和其他插补算法的比较,验证了该算法在拟合精度、计算效率和计算稳定性等方面的优越性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 数控加工与编程技术
• 1.3 复杂曲线、曲面插补技术的研究现状
• 1.3.1 复杂型面零件加工刀具路径
• 1.3.2 复杂曲线曲面的形状描述方法
• 1.3.3 高精度参数曲线插补算法研究
• 1.3.4 刀具补偿原理在数控加工中的应用
• 1.4 主要成果和不足
• 1.5 课题主要研究内容
• 1.6 论文章节安排
• 第二章 高精度数控加工中的关键技术
• 2.1 影响数控加工性能的关键技术分析
• 2.2 插补精度
• 2.2.1 插补判别准则
• 2.3 刀具路径
• 2.3.1 B样条曲线插补
• 2.3.2 曲线刀具路径的生成
• 2.4 切削刀具
• 2.4.1 刀具材料的选用
• 2.4.2 刀具补偿
• 2.5 加工顺序
• 2.6 数控编程
• 2.7 本章小结
• 第三章 坐标系插补法
• 3.1 多轴联动的基本定义
• 3.2 建立坐标系插补法的坐标系和数学模型
• 3.3 生成插补曲线
• 3.4 实例分析
• 3.5 机床的插补
• 3.5.1 平动轴插补
• 3.5.2 转动轴的插补
• 3.6 坐标系插补运算结果分析
• 3.6.1 误差估计
• 3.6.2 脉冲分布
• 3.7 本章小结
• 第四章 刀具路径误差控制
• 4.1 刀具路径对加工精度的影响
• 4.1.1 误差控制
• 4.1.2 弦高误差控制法
• 4.2 误差控制递归拟合算法
• 4.2.1 走刀步长的确定
• 4.2.2 算法过程
• 4.2.3 等距偏置加工
• 4.2.4 实例分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 刀具补偿
• 5.1 刀具产生加工误差的原因
• 5.2 刀尖轨迹的计算
• 5.3 刀具补偿方法
• 5.4 实例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文的工作总结
• 6.1.1 坐标系插补法
• 6.1.2 零件加工误差控制机理研究
• 6.1.3 刀具补偿原理
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 附录
• 致谢