模具型腔自由曲面非球面刀具三軸無干涉銑加工軌跡的生成算法研究.pdf

1、在汽車工業(yè)中，模具型腔中自由曲面數(shù)控加工無干涉刀位軌跡的自動生成，是CAM技術(shù)中的關(guān)鍵問題。而現(xiàn)有的數(shù)控編程系統(tǒng)和CAD/CAM軟件只能夠確保生成球面刀三軸聯(lián)動數(shù)控加工無干涉刀位軌跡。 當(dāng)今世界上數(shù)控加工中心使用最為頻繁的通用型銑刀有三種：球頭刀、平頭端銑刀和圓弧端銑刀。球頭立銑刀以其NC程序編制簡便、干涉檢查方便的優(yōu)勢，一直是模具型腔自由曲面NC加工中最主要的工具，但是由于切削性能和修正刃磨的一些局限性，使之難以保證有效的加工

2、效率與表面加工質(zhì)量。而采用平底立銑刀可以有效地彌補(bǔ)球頭刀的這些問題，因此平頭刀的使用范圍越來越廣。國際上在對模具型腔的實際加工中，多采用以圓弧端銑刀（又可稱為環(huán)形刀或圓鼻刀）為代表的非球面刀來替代球面刀，使之成為在三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床上完成模具空間自由曲面的NC加工中使用最為頻繁的刀具。鑒于這一現(xiàn)狀，推導(dǎo)出非球面刀具三軸加工無干涉刀具軌跡的生成算法已經(jīng)是勢在必行。 本文的研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題是：①結(jié)合當(dāng)今世界上對于數(shù)控加工刀具

3、軌跡干涉處理的不同流派的原理方法的優(yōu)點，并進(jìn)行一定程度的優(yōu)化和創(chuàng)新，創(chuàng)造出自己對數(shù)控加工刀具軌跡啃切干涉和碰撞干涉的一套檢測和處理方法。②建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出確定空間自由曲面非球面刀無干涉的加工軌跡生成的計算方法。 本文的核心思想和研究目的是：針對圓弧端銑刀的特殊形狀，提出如何利用平頭立銑刀在模具空間自由曲面的數(shù)控編程中，進(jìn)行被加工曲面的干涉檢測、過切處理以及如何使用被加工曲面的參數(shù)表達(dá)式求出無干涉加工軌跡的生成算法。

4、本文的研究方法是：①采用曲面模型→CC（刀具接觸點）數(shù)據(jù)→無干涉CL（刀位點）數(shù)據(jù)的刀位計算方法。具體的說，就是建立數(shù)學(xué)模型，使用刀具偏置算法推導(dǎo)出求非球面刀具的無干涉加工點的計算公式。它首先生成不考慮干涉問題的CC數(shù)據(jù)，然后通過干涉的檢測與處理，轉(zhuǎn)換為無干涉的刀位數(shù)據(jù)。②在已經(jīng)成熟的球面刀具干涉檢測和處理算法的基礎(chǔ)上，對模具型腔自由曲面NC三軸加工中平頭刀的刀具軌跡的干涉方式和產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，將干涉處理從傳統(tǒng)的三維空間問題分解為2個

5、二維空間問題，并提出相應(yīng)的干涉處理方法。該算法具有干涉處理徹底、處理效率高等優(yōu)點。 本文的創(chuàng)新點是：①推導(dǎo)出最為典型的非球面刀具—圓弧端銑刀的無干涉加工點的計算公式；②將刀具干涉檢測和處理從傳統(tǒng)的三維空間內(nèi)的處理轉(zhuǎn)換成為2個二維平面內(nèi)的處理，極大地降低了計算強(qiáng)度和計算復(fù)雜程度，非常有效地提高了干涉處理效率。 最后，在本文的實例驗證中，利用本文的算法所求出的NC加工指令，在對美國道奇減速箱殼體壓鑄模具型腔進(jìn)行數(shù)控加工時，避