自由曲面数控加工中的刀具路径规划

论文摘要

随着制造业的迅速发展,越来越多的复杂曲面被应用于航空、汽车、造船及电子产品等行业之中,如空气动力学的飞机轮廓、汽车车身、涡轮机桨叶和手机外壳等。由于这些产品的设计变得越来越复杂,导致产品的加工过程变得更加困难且费时。因此,如何提高这些特殊产品加工的效率和精度成为亟待解决的问题,而自由曲线曲面的数控加工技术是这些工业产品制造的关键技术之一。近年来,随着科技的不断进步和这些工业产品本身质量要求的提高,加工制造业对自由曲面的数控加工技术提出了更高的要求,越来越多的人投入到这项研究之中。刀具路径规划是复杂曲面加工过程中需要解决的关键技术之一,刀具路径规划是否合理直接关系到能否在误差允许范围内获得最大的加工效率。论文首先针对NURBS表达的曲面,利用等残留高度法计算了曲面数控加工的刀触点和刀位点,然后找出了数控加工刀位点数据的分布特点,并据此提出了刀位点数据参数化和节点矢量构造的近似弧长新方法。给出了NURBS拟合优化计算中控制顶点位置与数量的初始设定以及调整方法,并基于NURBS刀具路径生成的需求,提出了面向刀位点数据拟合的两步优化高精度拟合方法。此外,论文还针对一个自由曲面分别采用直线插补刀具路径和NURBS曲线刀具路径进行了加工仿真。仿真结果表明NURBS曲线刀具路径可以大大提高曲面加工的尺寸精度和几何形状精度,改善曲面的粗糙度并提高曲面的光顺性,同时也能够减少曲面后续抛光的工作量,能够很好地满足自由曲面高性能数控加工的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 刀具路径规划技术的发展概况及趋势
• 1.2.1 刀具路径规划技术的发展概况
• 1.2.2 刀具路径规划技术的发展趋势
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 NURBS曲面重构
• 2.1 引言
• 2.2 NURBS曲线曲面
• 2.2.1 NURBS曲线
• 2.2.2 NURBS曲面
• 2.3 NURBS曲面插值
• 2.3.1 确定参数方向
• 2.3.2 确定节点矢量
• 2.3.3 反算控制顶点
• 2.3.4 曲面插值算法
• 2.4 曲面重构
• 2.4.1 曲面重构的方法
• 2.4.2 区域划分
• 2.4.3 曲面拟合
• 2.4.4 曲面拼接
• 2.5 本章小结
• 第三章 刀触点和刀位点的计算
• 3.1 引言
• 3.2 针对NURBS曲面的一些基本计算
• 3.3 刀触点的计算
• 3.3.1 计算刀触点
• 3.3.2 误差分析
• 3.4 计算刀位点
• 3.5 本章小结
• 第四章 刀具路径规划
• 4.1 引言
• 4.2 NURBS刀具路径
• 4.2.1 NURBS刀具路径的含义及表示方法
• 4.2.2 NURBS刀具路径的特点
• 4.3 NURBS曲线拟合
• 4.3.1 数据点的参数化
• 4.3.2 刀位点的参数化
• 4.3.3 NURBS曲线拟合相关技术
• 4.4 NURBS曲线拟合及刀具路径生成
• 4.4.1 NURBS曲线拟合控制点的优化
• 4.4.2 NURBS曲线的高精度拟合算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 NURBS刀具路径仿真
• 5.1 NURBS刀具路径仿真
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢