五軸數(shù)控銑削干涉檢查與刀具長度優(yōu)化.pdf

1、現(xiàn)代先進機械制造技術(shù)的趨勢之一是產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和精密化。五軸數(shù)控加工技術(shù)在制造復(fù)雜形狀的產(chǎn)品時具有明顯的優(yōu)勢。然而與傳統(tǒng)的三軸數(shù)控機床比較，五軸數(shù)控機床多了兩個旋轉(zhuǎn)軸，在加工過程中，容易發(fā)生干涉。特別是對于精加工而言，干涉不僅會導(dǎo)致工件報廢，嚴重時甚至?xí)p壞機床。 本文以航空企業(yè)復(fù)合材料成形工裝五軸數(shù)控銑削加工為應(yīng)用背景，研究了五軸數(shù)控機床的運動仿真、機床運動部件的仿真模型、分離軸理論的高效運用、基于多線程的碰撞干涉檢測、

2、碰撞區(qū)域的計算方法、最佳刀具長度的選擇、主軸擺角的交互式優(yōu)化等一系列關(guān)鍵技術(shù)，主要研究內(nèi)容和成果如下： 1. 根據(jù)五座標(biāo)加工干涉檢測中工件、機床、刀具夾頭和刀具等各要素的構(gòu)成特點和規(guī)律，建立了適合動態(tài)仿真和快速碰撞檢測的仿真模型。其中，在對工件三角網(wǎng)格模型進行冗余點的快速濾除、三角網(wǎng)格簡化等預(yù)處理工作的基礎(chǔ)上，采用八叉樹空間劃分建立工件仿真模型；機床仿真模型采用交互定義凸多面體的形式；刀具和刀具夾頭則采用參數(shù)化方法定義其仿真模型

3、。各要素仿真模型的建立為運動仿真和碰撞檢測以及刀具長度優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。 2. 基于本文所建立的仿真模型，通過對分離軸理論的應(yīng)用，設(shè)計了一種實用性好、效率高的判斷空間兩個物體位置關(guān)系的算法，利用該算法能夠快速地檢測機床全局碰撞干涉。利用該算法還提出并實現(xiàn)了一種簡潔有效的碰撞區(qū)域計算方法。 3. 刀具長度的選擇直接關(guān)系到加工的效率和質(zhì)量。本文提出了一種以加工過程中不產(chǎn)生碰撞干涉為約束，以刀具長度盡可能短為優(yōu)化目標(biāo)的刀具長度優(yōu)

4、選方法。另外，對于檢測出有碰撞產(chǎn)生的數(shù)控代碼，本文設(shè)計實現(xiàn)了機床手動方式調(diào)整的計算機模擬功能，該功能為數(shù)控代碼的修改和調(diào)整提供了一個實用方法。 4. 根據(jù)航空企業(yè)現(xiàn)有五軸數(shù)控機床的特點，架構(gòu)了基于UDP通訊模式的五座標(biāo)數(shù)控銑削全局干涉檢查系統(tǒng)。以Windows和OpenGL為基本平臺，充分利用多線程編程技術(shù)，借鑒當(dāng)前主流的CAD/CAM的界面風(fēng)格，編制了具有良好界面、操作方便快捷、能夠模擬機床運動過程、快速碰撞檢查、自動優(yōu)化刀具