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1、復(fù)雜曲面零件在運(yùn)載、能源和國(guó)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(guó)家制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,五軸數(shù)控銑削加工具有高可達(dá)性、高材料去除率和高加工精度等優(yōu)勢(shì),成為這些復(fù)雜曲面零件的關(guān)鍵加工技術(shù)。目前我國(guó)許多企業(yè)擁有了先進(jìn)的五軸數(shù)控加工機(jī)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(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的三分之一。在切削參數(shù)、刀具路徑、進(jìn)給規(guī)劃、夾具系統(tǒng)和機(jī)床等方面都有提高加工效率的方法,本文主要針對(duì)復(fù)雜曲面零件加工,研究五軸高進(jìn)給加工
2、方法來(lái)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(duì)偶四元數(shù)B樣條運(yùn)動(dòng),然后在B樣條運(yùn)動(dòng)Blossom表示基礎(chǔ)上,直接將B樣條運(yùn)動(dòng)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(duì)偶四元數(shù)B樣條運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為Bézier運(yùn)動(dòng),然后再轉(zhuǎn)化為等距有理Bézier運(yùn)動(dòng)的過(guò)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(yùn)動(dòng),而且刀尖點(diǎn)和刀軸上一點(diǎn)的軌跡都是一整條NURBS曲線,克服了傳統(tǒng)分段Bézier運(yùn)動(dòng)方法中包含多段Bézier刀具路徑,無(wú)法反映相鄰兩段之間連續(xù)性信息的問(wèn)題。
2.提出了一種平動(dòng)軸線性刀具路徑的G2連續(xù)實(shí)時(shí)光順?lè)椒?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(duì)過(guò)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(duì)過(guò)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(dòng)控制三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,而且該算法具有解析解,可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)計(jì)算環(huán)境。過(guò)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(jìn)給的要求。將該算法集成到開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中,仿真和加工實(shí)驗(yàn)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(jìn)給速度平穩(wěn)性和加工效率方面都具有明顯優(yōu)勢(shì),加工時(shí)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(jì)算方法,將刀尖點(diǎn)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(gè)優(yōu)勢(shì):(1)新路徑的刀尖點(diǎn)軌跡和刀軸上一點(diǎn)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(wèn)題:(2)近似誤差約束和雙樣條參數(shù)化同步問(wèn)題得到了理論上的嚴(yán)格保證,解決了五軸加工刀具路徑實(shí)時(shí)光順中的最大挑戰(zhàn);(3)用一條三次Bézier曲線實(shí)現(xiàn)了相鄰線段的光順過(guò)渡,該過(guò)渡曲線具有解析解,可以集成到數(shù)控系統(tǒng)
6、的實(shí)時(shí)計(jì)算環(huán)境。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪側(cè)銑加工的仿真實(shí)例表明,與工件坐標(biāo)系下線性刀具路徑的直接插補(bǔ)相比,在G2連續(xù)光順后再插補(bǔ)的方法可以縮短加工時(shí)間15%,具有更高的平均進(jìn)給率,加速度曲線更加平滑。
4.針對(duì)高溫高強(qiáng)材料整體葉輪的五軸插銑加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工,從工藝和機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)約束角度提出了高進(jìn)給加工方法,在高強(qiáng)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(jìn)給刀軸方向退刀時(shí),使不具有切削能力的插銑刀背面參與材料去除過(guò)
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