基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术研究

论文摘要

逆向工程作为解决产品开发问题的一种全新方法,在现代加工制造领域的实际应用中越来越多的受到了重视。本文针对逆向工程中复杂曲面零件的数控加工的关键技术进行了理论研究和实践应用,包括点云数据处理和曲面重构、数控加工刀具轨迹生成和后处理程序开发,对复杂曲面的逆向工程和数控加工具有重要意义。论文对逆向工程中复杂曲面零件的数据采集、数据处理和模型重构技术进行了研究。基于Imageware软件,分析了构造高精度NURBS曲线曲面的过程,以叶轮叶片为例,对复杂曲面的逆向测量、反求分析以及重构设计方法进行了实际应用。针对复杂曲面的多轴数控加工要求以及球头铣刀曲面加工中的效率问题,着重对平头铣刀五坐标曲面加工的刀位计算、加工误差分析及补偿、走刀步长及切削宽度计算、刀具半径计算和选择等进行了理论研究。建立了刀具有效半径、切削残留高度和后跟角的关系,通过实验,研究了刀轴倾角、走刀行距、切削速度和进给量等对表面粗糙度的影响程度,获得了相关参数在刀具轨迹规划中的最佳匹配关系。研究了基于等残留高度法的无干涉刀位轨迹的生成方法,并对走刀步长和切削行距的计算方法进行了分析,建立了相应的算法。对基于逆向工程的叶轮叶片曲面的数控加工进行了系统的实验研究,证明了所提方法的可行性。作为数控编程技术的重要内容,后置处理的作用是将通用的刀位文件转换成适合于数控机床加工的NC程序。本文针对五坐标数控加工自动编程的后处理程序开发,分析了后处理的主要任务、基本内容和后处理流程,以双转台五轴加工中心MAHO800C为例,建立了双转台五轴联动机床的后处理运动关系模型和求解公式。基于UGNX/Post Builder,开发了MAHO800C双转台加工中心的后处理程序,实现了五坐标点位和轮廓加工的刀位文件到NC程序的转换,并在实际加工中得到了有效验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 逆向工程概述
• 1.2 逆向工程的应用
• 1.3 基于逆向工程的数控加工研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容及论文框架
• 2 曲面逆向的数据处理和模型重构
• 2.1 曲面数据的采集
• 2.1.1 数据的采集方法
• 2.1.2 曲面点云数据的采集
• 2.2 数据的处理
• 2.2.1 测量数据点的分类
• 2.2.2 数据点的去噪和精简处理
• 2.2.3 点云数据精简实例
• 2.3 基于NURBS曲面的模型重构
• 2.3.1 逆向工程中的曲面重构技术
• 2.3.2 NURBS曲线曲面的数学定义
• 2.3.3 曲面生成过程
• 2.4 应用实例
• 2.5 本章小结
• 3 曲面数控加工技术研究
• 3.1 五轴数控机床结构简介
• 3.2 自由曲面多轴数控加工研究
• 3.2.1 曲面及其特性
• 3.2.2 自由曲面的区域分类
• 3.2.3 刀具姿态和有效切削半径
• 3.2.4 平头铣刀加工曲面刀位计算
• 3.3 曲面加工中影响表面粗糙度的因素
• 3.3.1 铣削铝合金表面粗糙度实验条件及设备
• 3.3.2 刀轴倾角对表面粗糙度的影响
• 3.3.3 走刀行距对表面粗糙度的影响
• 3.3.4 切削速度对表面粗糙度的影响
• 3.3.5 进给量对表面粗糙度的影响
• 3.3.6 进给方向对表面粗糙度的影响
• 3.3.7 降低表面粗糙度的措施
• 3.4 本章小结
• 4 刀具轨迹规划和数控编程
• 4.1 与刀具轨迹有关的几个基本概念
• 4.2 刀具轨迹生成策略
• 4.3 刀具轨迹生成方法
• 4.3.1 参数线法
• 4.3.2 截面法
• 4.3.3 等残留高度法
• 4.4 基于等残留高度法的刀触点轨迹规划
• 4.4.1 走刀步长和切削行距的确定
• 4.4.2 等残留高度刀具轨迹生成过程
• 4.5 应用实例
• 4.6 本章小结
• 5 数控加工的后置处理
• 5.1 数控加工的后置处理过程
• 5.2 五轴加工中心后处理程序算法研究
• 5.3 基于UGNX的后处理程序开发
• 5.3.1 UGNX/Post Builder后处理过程
• 5.3.2 UGNX/Post Builder后处理结构
• 5.3.3 MAHO800C加工中心后处理程序的实现
• 5.4 叶轮加工实验
• 5.5 本章小结
• 6 总结及展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加项目