论文题目: 高速铣削数控编程基础算法的研究与实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 航空宇航制造工程
作者: 孙全平
导师: 廖文和
关键词: 高速切削,数控编程,刀具,轨迹,算法,优化
文献来源: 南京航空航天大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高速切削是先进制造技术领域国内外学者研究的热点,具有传统数控加工无可比拟的优势。目前,该技术在欧、美、日国家已广泛使用,而在我国研究高速切削技术起步较晚,基础技术比较薄弱,尤其在切削机理、加工工艺、刀具新材料、数控等具有知识产权的技术方面,与国外相比,仍有较大差距。为此,本文结合国家和省级科研项目,对高速铣削加工数控编程技术进行了研究,取得了以下创新性成果。1.研究了高速切削的编程策略,提出并实现了支持高速铣削加工的摆线刀轨生成算法,所生成的加工刀轨去除材料范围大、切削高硬材料性能好。2.在研究传统识别加工残区粗加工算法的基础上,提出并实现了适合高速铣削自识别加工残区的粗加工环切刀轨生成算法,能有效延长刀具寿命、降低主轴振动、精简工序、提高型腔加工生产率。3.借鉴高速公路“立交桥”匝道的设计思想,提出并实现了适合高速铣削加工的“立交桥”弯道精加工刀轨生成算法。4.结合 NURBS 的曲线优势,提出并实现了面向复杂曲面的 3 轴联动高速铣精加工可变行距的螺旋线与 Zigzag 混合刀轨优化算法。5.在分析研究 5 轴加工刀轨生成算法的基础上,提出并实现了用 5 次 NURBS直纹面拟合原加工刀轨面的局部防过切 5 轴联动铣削加工刀轨生成算法,该算法保证了全程刀位曲线的 C2连续性。在上述研究成果的基础上,开发出了高速铣削自动编程原型系统,已在多个工程实例中应用,取得了满意的效果。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 高速切削
1.2.1 定义
1.2.2 高速切削的优越性
1.2.3 高速切削技术的发展现状
1.2.4 高速切削的关键技术
1.3 数控编程技术
1.3.1 数控编程技术的发展历程
1.3.2 国内外数控编程技术的研究现状
1.4 高速铣削数控编程技术存在的问题
1.5 论文的研究依据、意义及目的
1.5.1 研究依据
1.5.2 研究意义
1.5.3 研究目的
1.6 论文的研究内容及研究方法
1.6.1 研究内容
1.6.2 研究方法
1.6.3 论文组织
第二章 系统构架及试验装备
2.1 高速铣削自动编程系统
2.1.1 系统的开发环境
2.1.2 几何造型引擎
2.1.3 高速铣削自动编程系统的主要内容
2.1.3.1 文件I/O
2.1.3.2 刀轨编辑
2.1.3.3 公共管理
2.1.3.4 视图管理
2.1.3.5 自动编程
2.1.3.6 知识导航编程
2.1.3.7 后置处理
2.1.3.8 帮助文件
2.2 试验加工设备和检测
2.2.1 试验加工设备
2.2.2 测试系统
2.3 油雾冷却原理及装置
2.3.1 油雾冷却原理
2.3.2 油雾冷却装置
2.4 刀具选择
2.4.1 硬质合金刀具
2.4.2 高性能高速钢刀具
2.5 本章小结
第三章 高速铣削2 轴联动加工刀轨生成算法的研究与实现
3.1 高速铣削的编程策略
3.2 螺旋进刀刀轨生成算法
3.2.1 进刀方式
3.2.2 螺旋进刀刀轨生成算法
3.3 二维轮廓加工刀轨生成算法
3.3.1 问题的提出
3.3.2 尖角优化刀轨生成算法
3.3.3 算法实现
3.4 基于摆线的刀轨生成算法
3.4.1 摆线
3.4.2 支持高速加工的摆线刀轨生成算法
3.4.3 摆线加工的优点
3.4.4 算法实现
3.4.5 加工实例
3.5 自识别加工残区的刀轨生成算法
3.5.1 问题的提出
3.5.2 刀轨生成算法
3.5.2.1 加工残区识别和R值的确定
3.5.2.2 完全切除残留余料验证
3.5.3 算法优点
3.5.4 算法实现
3.5.5 加工实例
3.6 对称多型腔加工刀轨生成算法
3.6.1 多型腔零件中单个型腔加工刀轨的生成
3.6.2 刀轨编辑并阵列
3.6.2.1 编辑阵列前的刀轨
3.6.2.2 阵列刀轨
3.6.2.3 刀轨连接
3.6.3 算法实现
3.7 本章小结
第四章 高速铣削3 轴联动加工刀轨生成算法的研究与实现
4.1 高速铣削3 轴联动加工的编程要求
4.2 基于实体模型的高速铣削粗加工刀轨生成算法
4.2.1 问题的提出
4.2.2 基于实体模型的粗加工刀轨生成算法概述
4.2.3 基于实体模型的环切粗加工刀轨生成算法
4.2.4 算法实现
4.2.5 加工实例
4.3 精加工“立交桥”弯道刀轨生成算法
4.3.1 问题的提出
4.3.2 刀轨生成算法
4.3.2.1 行间过渡边“桥弯道”优化
4.3.3 算法优点
4.3.4 算法实现
4.3.5 加工实例
4.4 基于螺旋线的刀轨生成算法
4.4.1 问题的提出
4.4.2 刀轨生成算法
4.4.2.1 跨区域过渡边优化
4.4.3 算法优点
4.4.4 算法实现
4.5 变行距螺旋线刀轨生成算法
4.5.1 变行距的螺旋线刀轨生成算法
4.5.2 过渡边刀轨优化方法
4.5.2.1 行间NURBS过渡边
4.5.2.2 跨区域直线圆弧过渡边
4.5.3 算法优点
4.5.4 算法实现
4.5.5 加工实例
4.6 加工精度的控制
4.6.1 刀位点的计算
4.6.2 曲线弦线逼近变步长算法
4.6.3 刀轨行距的计算
4.7 支持NURBS插补技术
4.7.1 NURBS编程数控代码的生成
4.7.2 G1 代码向NURBS NC代码转换
4.7.3 CAD造型直接生成NURBS代码
4.8 本章小结
第五章 高速铣削5 轴联动加工刀轨生成算法的研究与实现
5.1 5-轴联动加工刀轨面的NURBS直纹面重构
5.1.1 NURBS直纹面
5.1.2 刀具轨迹面的5 次NURBS曲面构造
5.1.2.1 直纹刀轨面准线的反算
5.1.2.2 双5 次NURBS准线节点矢量、控制顶点以及权重的统一
5.2 高速铣削5 轴联动加工刀轨生成算法
5.2.1 侧刃铣削刀轨生成算法
5.2.1.1 侧刃铣削精加工刀轨计算方法概述
5.2.1.2 基于NURBS的侧刃铣削加工刀轨生成算法
5.2.1.3 加工刀轨面的精度控制
5.2.1.4 算法优点
5.2.1.5 算法实现
5.2.2 端面铣削刀轨生成算法
5.2.2.1 端面铣削加工刀轨生成算法概述
5.2.2.2 支持高速铣削的叶轮流道加工刀轨生成算法
5.2.2.3 高速铣削端面加工的理论误差分析与控制
5.2.2.4 算法优点
5.2.3.5 算法实现
5.3 全局碰撞快速检查
5.3.1 加工空间中的碰撞集合体
5.3.2 碰撞快速检查算法
5.3.3 算法优点
5.4 加工实例
5.5 5-轴联动数控加工后置处理算法
5.5.1 5-轴联动数控机床的结构类型
5.5.2 工作台双转动的5 轴联动数控加工后处理算法
5.5.3 应用实例
5.6 本章小结
第六章 高速铣削工艺优化技术的研究
6.1 高速铣削加工过程优化
6.1.1 加工刀轨优化
6.1.2 切削参数的选取
6.1.3 冷却方式的寻优
6.2 工艺方案寻优模型的建立
6.3 高速铣削加工验证
6.3.1 加工实例
6.3.2 实验方案
6.3.3 试验结果与分析
6.3.4 方案比较
6.4 本章小结
第七章 基于制造特征的工艺知识导航编程技术
7.1 特征概念与工件加工区域特征分析
7.1.1 特征概念
7.1.2 工件加工区域特征分析
7.2 制造特征的识别与工艺决策
7.2.1 制造特征提取
7.2.2 规则
7.2.3 制造特征与加工工艺信息相关性
7.2.4 基于范例的加工知识的提取
7.3 应用实例
7.4 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文
在学期间参与的科研项目
附录
发布时间: 2005-07-08
参考文献
- [1].超高速铣削加工技术研究[D]. 周忆.重庆大学2004
- [2].高速铣削加工表面质量的研究[D]. 王素玉.山东大学2006
- [3].高速铣削过程动力学建模及其物理仿真研究[D]. 刘志新.天津大学2006
- [4].高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D]. 付秀丽.山东大学2007
- [5].钛合金高速铣削技术的基础研究[D]. 耿国盛.南京航空航天大学2006
- [6].高性能石墨高速铣削加工研究[D]. 周莉.广东工业大学2007
- [7].高速铣削热缩加长刀杆与刀具配合特性及应用研究[D]. 周后明.广东工业大学2008
- [8].自由曲面高速铣削工艺规划与自主决策技术[D]. 张忠松.吉林大学2011
- [9].拉伸装夹高速铣削钛合金的疲劳特性研究[D]. 许鸿昊.南京航空航天大学2008
- [10].基于加工过程建模的模具钢多轴高速铣削表面完整性研究[D]. 陈晓晓.山东大学2014