復(fù)雜曲面零件五軸高速進給加工的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜曲面零件在運載、能源和國防等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用,這些零件的制造水平代表著國家制造業(yè)的核心競爭力,五軸數(shù)控銑削加工具有高可達性、高材料去除率和高加工精度等優(yōu)勢,成為這些復(fù)雜曲面零件的關(guān)鍵加工技術(shù)。目前我國許多企業(yè)擁有了先進的五軸數(shù)控加工機床和高性能刀具,但復(fù)雜曲面加工效率仍然然低下,只能達到國際先進水平的三分之一。在切削參數(shù)、刀具路徑、進給規(guī)劃、夾具系統(tǒng)和機床等方面都有提高加工效率的方法,本文主要針對復(fù)雜曲面零件加工,研究五軸高進給加工

2、方法來提高加工效率。主要工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.研究了整體等距雙NURBS刀具路徑的生成算法,為五軸高速高精度加工提供了樣條刀具路徑。研究中首先將離散刀具位置插值為對偶四元數(shù)B樣條運動,然后在B樣條運動Blossom表示基礎(chǔ)上,直接將B樣條運動轉(zhuǎn)換為了整體等距雙NURBS刀具路徑,避免了傳統(tǒng)方法中先將對偶四元數(shù)B樣條運動轉(zhuǎn)化為Bézier運動,然后再轉(zhuǎn)化為等距有理Bézier運動的過程。新方法生成的整體等距雙NURBS

3、刀具路徑,可以用更少的數(shù)據(jù)量描述刀具運動,而且刀尖點和刀軸上一點的軌跡都是一整條NURBS曲線,克服了傳統(tǒng)分段Bézier運動方法中包含多段Bézier刀具路徑,無法反映相鄰兩段之間連續(xù)性信息的問題。
　　 2.提出了一種平動軸線性刀具路徑的G2連續(xù)實時光順方法,在指定近似誤差的閾值后,該算法將線段連接處的切向不連續(xù)部分用G2連續(xù)的Bézier曲線對過渡,平滑后的刀具路徑消除了原有線性刀具路徑中切削不連續(xù)和曲率不連續(xù)。提出的Bé

4、zier曲線對過渡法,解決了刀具路徑樣條平滑中近似誤差約束、曲率連續(xù)約束和曲率波動控制三個關(guān)鍵問題,而且該算法具有解析解,可以應(yīng)用于實時計算環(huán)境。過渡曲線中的最大曲率也具有解析解,可以優(yōu)化整條路徑中的曲率形狀,以適應(yīng)高速進給的要求。將該算法集成到開放式數(shù)控系統(tǒng)中,仿真和加工實驗都表明,與原有的小線段路徑相比,曲率連續(xù)的刀具路徑在進給速度平穩(wěn)性和加工效率方面都具有明顯優(yōu)勢,加工時間縮短25％以上。
　　 3.提出了五軸數(shù)控加工線性

5、刀具路徑G2連續(xù)光順的解析計算方法,將刀尖點和刀具方向的線性刀具路徑轉(zhuǎn)換為雙樣條刀具路徑,與現(xiàn)有的算法相比,具有三個優(yōu)勢:(1)新路徑的刀尖點軌跡和刀軸上一點的軌跡都是G2連續(xù)的曲線,避免了原有小線段刀具路徑中切向和曲率不連續(xù)的問題:(2)近似誤差約束和雙樣條參數(shù)化同步問題得到了理論上的嚴格保證,解決了五軸加工刀具路徑實時光順中的最大挑戰(zhàn);(3)用一條三次Bézier曲線實現(xiàn)了相鄰線段的光順過渡,該過渡曲線具有解析解,可以集成到數(shù)控系統(tǒng)

6、的實時計算環(huán)境。渦軸發(fā)動機葉輪側(cè)銑加工的仿真實例表明,與工件坐標系下線性刀具路徑的直接插補相比,在G2連續(xù)光順后再插補的方法可以縮短加工時間15%,具有更高的平均進給率,加速度曲線更加平滑。
　　 4.針對高溫高強材料整體葉輪的五軸插銑加工和五軸聯(lián)動加工,從工藝和機床運動學(xué)約束角度提出了高進給加工方法,在高強材料插銑加工中,提出了快速退刀的加工策略,可以克服刀具直接沿進給刀軸方向退刀時,使不具有切削能力的插銑刀背面參與材料去除過