復(fù)雜曲面數(shù)控加工的若干基礎(chǔ)技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在汽車大型覆蓋件模具的生產(chǎn)制造過程中,由于大型覆蓋件模具待加工型面面積大,鑄件型面各處變形量不均勻,導(dǎo)致按常規(guī)方法對汽車大型覆蓋件模具進(jìn)行定位時(shí)不能解決模具的加工余量的均勻性問題,同時(shí)對模具進(jìn)行粗加工時(shí),刀具的空走刀路徑很長,延長了模具的加工周期,使得汽車大型覆蓋件模具生產(chǎn)廠家市場響應(yīng)能力差,增加了模具廠家的生產(chǎn)成本,影響了企業(yè)在市場中的競爭能力。另外在加工中,由于刀具、機(jī)床等因素的影響,模具加工質(zhì)量很難得到保證。因此對汽車大型覆蓋件模

2、具而言,粗加工以及加工精度是影響汽車大型覆蓋件模具加工的瓶頸。為此,本文對汽車大型覆蓋件模具的粗加工問題以及影響加工精度的問題進(jìn)行了研究。首先要解決汽車大型覆蓋件模具加工余量的均勻性問題,對于加工余量偏向待加工型面一側(cè)的模具,通過對工件定位可以使得該問題得到解決。而對于待加工型面各處變形不同使得刀具空走刀路徑較多的問題,本文采用研究待加工型面荒加工區(qū)域的方法來解決。三軸加工是汽車大型覆蓋件模具加工最常用的加工方式,為提高其加工效率,對影

3、響其加工效率的因素,如球頭刀具切削時(shí)的受力以及加工時(shí)的工藝參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行了研究。由于汽車大型覆蓋件模具待加工型面面積大,粗加工的工作量大,實(shí)際上在汽車大型覆蓋件模具加工中,粗加工的工作量占整個(gè)模具數(shù)控加工時(shí)間的絕大多數(shù)時(shí)間,為盡量縮短模具的粗加工時(shí)間,因此本文也設(shè)定了超常規(guī)工藝參數(shù)來研究加工精度與刀具受力的關(guān)系。
   本文的研究旨在結(jié)合汽車大型覆蓋件模具數(shù)控加工的實(shí)際需要,以提高加工效率和加工精度為目標(biāo),對如何高效高精度進(jìn)行汽

4、車大型覆蓋件模具復(fù)雜曲面數(shù)控加工的若干基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行研究,具體研究了如下內(nèi)容:
   1)曲面匹配是數(shù)字化加工與檢測的基礎(chǔ),在自由曲面產(chǎn)品的加工制造和檢測中有著非常重要的應(yīng)用(如定位安裝等)。本文研究了離散三角網(wǎng)格曲面的精確配準(zhǔn)算法,計(jì)算中將“點(diǎn)一點(diǎn)”對齊法和“點(diǎn)一面”對齊法結(jié)合使用進(jìn)行精匹配,對同一待匹配點(diǎn),“點(diǎn)一點(diǎn)”對齊法和“點(diǎn)一面”對齊法所求出的配對點(diǎn)中距離較小者即為所求。在搜尋待匹配測量點(diǎn)的最近點(diǎn)時(shí)提出了直接以待匹配測量點(diǎn)

5、為中心的動態(tài)球搜索算法,可在設(shè)計(jì)曲面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)中快速搜尋到距離測量點(diǎn)的最近點(diǎn),使算法效率顯著提高。
   研究了設(shè)計(jì)曲面離散三角網(wǎng)格面數(shù)據(jù)與三維測量數(shù)據(jù)的精確匹配方法,主要對改變測量數(shù)據(jù)測量噪聲的大小、取點(diǎn)數(shù)目和取點(diǎn)位置對曲面匹配效果的影響進(jìn)行了研究。通過對測量數(shù)據(jù)實(shí)施縮減,進(jìn)一步提高了處理海量點(diǎn)云的配準(zhǔn)(registration)效率。提出采用幾種指標(biāo)來度量配準(zhǔn)精度,使用模擬數(shù)據(jù)(包括含噪聲情況)進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。實(shí)例計(jì)算表明:

6、當(dāng)測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度與設(shè)計(jì)曲面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度相同且密度較密集時(shí),匹配結(jié)果較全面、準(zhǔn)確地反映了曲面匹配的實(shí)際情況;匹配結(jié)果中的最大偏差、最小偏差應(yīng)視為曲面匹配中的特殊情況,而曲面匹配中的平均偏差能反映曲面匹配結(jié)果與測量噪聲、數(shù)據(jù)點(diǎn)位置以及數(shù)目的關(guān)系。曲面匹配中的最大偏差、平均偏差隨測量噪聲的增大而增大。
   2)對型面加工余量傾向一側(cè)的模具,通過定位安裝,將型面的部分加工余量轉(zhuǎn)移到模具底面加工,減少模具型面的加工工作量,提高模具

7、型面的數(shù)控加工效率。
   3)當(dāng)沿模具型面進(jìn)行荒加工時(shí),由于曲面毛坯各處變形不同、余量分布不均勻?qū)е录庸r(shí)空走刀刀具路徑多,嚴(yán)重影響數(shù)控加工的效率,本文提出構(gòu)造荒加工區(qū)域的方法來解決這個(gè)問題。本文采用小三角網(wǎng)格面片來近似設(shè)計(jì)曲面,將毛坯測量點(diǎn)投影在零件型面等距面的離散三角網(wǎng)格面片上來獲得有效的荒加工區(qū)域。在計(jì)算中,將復(fù)雜的空間曲面求交問題簡化為較為簡單的與z軸平行的豎直線與離散曲面三角網(wǎng)格面片的求交問題,并采用長方形替代包容“

8、荒島”的最小凸包,可剔除無用的空走刀路徑,不僅簡化了刀具軌跡的排列,而且計(jì)算結(jié)果也表明了算法的簡潔、有效。
   4)根據(jù)銑削力與切削面積之間的關(guān)系,并考慮實(shí)際加工中影響切削力的主要因素,提出了球頭銑刀的三軸銑削力模型。結(jié)合實(shí)驗(yàn)并采用多項(xiàng)式回歸分析方法提出了求取銑削力系數(shù)的計(jì)算方法。應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明模型和實(shí)際具有一定的適應(yīng)性。模型為球頭銑刀在小切深工況時(shí)正確選用切削參數(shù)提供了理論依據(jù),有利于高效高精度數(shù)

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