五轴加工中扫掠轮廓线的计算表达及软件实现

论文摘要

五轴数控（NC）加工技术广泛地应用于航空、汽车、船舶和现代模具等行业,在高精度复杂曲面加工中有着不可替代的作用。如何充分发挥其高柔性、高精度及高效率的特点一直是国内外研究的重点和难点。本文对五轴加工中扫掠轮廓线的计算表达理论进行了比较系统的研究,并将这一理论应用于工程软件的设计实践中。主要内容为:1.阐述了课题的研究背景及意义,介绍了五轴加工技术的研究现状和五轴数控机床的发展方向,分析了国内外几种常见的扫掠面和扫掠轮廓线求解优缺点,剖析现有环形刀具及刀具势态优化适用性及局限性。2.给出了主轴摆动式五轴数控加工中环形刀具扫掠轮廓线的显式表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面不同部分的形状及性质,列举了扫掠轮廓线各种可能性。所用的计算方法高效精确,可为复杂曲面加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。3.介绍工作台旋转式五轴加工中环形刀具上扫掠轮廓线的显式表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面上的几何特性。所用的计算方法高效精确,可为复杂曲面加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。4.介绍用B样条表达五轴数控加工中刀具扫掠轮廓线的算法。首先根据轮廓线的显式表达计算其二阶导矢。然后基于二阶导矢界估算轮廓线上的采样点数。接着通过B样条插值、节点消去和组合等技术求得B样条曲线。提出的方法可推广到刀具扫掠面的B样条表达,从而可为进一步提高五轴加工的误差控制,刀路检测和动态模拟奠定了的数学基础。5.在成功开发基于Windows的环形刀模具CAD/CAM软件系统的基础上,描述了系统的工作流程和功能模块,介绍了所采用的C-Bézier曲线曲面造型理论,分析了应用MFC和OpenGL实现系统主要功能模块的技术。本系统的设计方法及技术可应用于其它专业化的CAD/CAM软件设计中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 五轴数控加工机床介绍
• 1.1.2 背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.3.1 课题研究目标
• 1.3.2 研究的主要内容
• 1.4 章节安排
• 第二章 五轴加工技术现状
• 2.1 五轴数控机床的发展方向
• 2.2 五轴数控加工中刀具成形研究
• 2.2.1 五轴数控加工中刀具成形研究现状
• 2.2.2 几种常见的扫掠面和扫掠轮廓线求解优缺点
• 2.3 环形刀具及刀具势态优化
• 2.3.1 刀具的几何表达式
• 2.3.2 刀具在曲面上的势态
• 2.3.3 刀具势态的确定
• 2.4 本章节小结
• 第三章 主轴摆动式五轴加工中扫掠轮廓线的显式计算
• 3.1 概述
• 3.2 五轴数控机床和刀具曲面
• 3.2.1 主轴摆动式五轴数控机床
• 3.2.2 主轴摆动式刀具曲面
• 3.3 扫掠轮廓线的计算
• 3.4 扫掠轮廓线形状及性质的分析
• 3.4.1 底面的扫掠轮廓线
• 3.4.2 环面的扫掠轮廓线
• 3.4.3 侧面的扫掠轮廓线
• 3.5 本章小结
• 第四章 工作台旋转式五轴加工中扫掠轮廓线的求解
• 4.1 概述
• 4.2 五轴数控机床和刀具曲面
• 4.3 刀具扫掠轮廓线的计算
• 4.4 环面上扫掠轮廓线的计算分析
• 4.5 本章节小结
• 第五章 五轴数控加工中扫掠轮廓线的B 样条表达
• 5.1 概述
• 5.2 B 样条曲线
• 5.3 扫掠轮廓线
• 5.3.1 主轴摆动式五轴数控机床
• 5.3.2 主轴摆动式五轴数控机床扫掠轮廓线
• 5.4 轮廓线的B 样条表达
• 5.4.1 二次导矢界和采样点数
• 5.4.2 B 样条插值和消去节点
• 5.4.3 侧面及整条轮廓线的B 样条表达
• 5.5 本章小结
• 第六章 软件系统分析与设计
• 6.1 概述
• 6.2 模块的基本功能
• 6.3 系统功能的实现
• 6.3.1 参数读入模块
• 6.3.2 轮廓线计算模块
• 6.3.3 B 样条表达模块
• 6.3.4 曲线显示模块
• 6.3.5 参数输出模块
• 6.4 系统工作流程
• 6.5 本章小节
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果