復雜曲面的數控加工技術研究及應用-畢業論文設計-資料下載頁

【導讀】稿交指導教師審閱；根據指導教師的意見完成定稿。平的重要標志之一。數控加工后置程序的開發。近幾年來，作為機械加工領域的關鍵技術之一，五軸聯動數控加工技術。研發和應用得到了科研院所、高校和企業的極大關注。國內已有數家機床公。參與是刀具切削過程中始終處于最佳的切削狀態成為了可能。3對曲率半徑大且變化較小的大型曲面，采用大直徑刀具端面銑削，集中加工，有利于提高各加工要素的相互位置精度。程圖表的數學處理是關鍵的技術難題。高速加工技術是近年來機械加工技術發展方向。影響其應用的各個要素是本課題研究的重點之一。靠性是數控加工安全性和加工質量得以保證的前提。對項目中研發的五軸機。進行結構和誤差分析，為結構改進和誤差補償提供依據。基于五軸聯動數控加工的復雜形狀零件的設計加工過程。各個要素得到了考慮。旨在研究復雜曲面的制造技術在五軸聯動加

　　

【正文】 刀具更換為中球頭立銑刀． 5 適當移動 Z 軸進行對刀， 記該點坐標為 Zl 6 移動 B 軸使之旋轉 +60 度 7 再次適當移動 Z 軸進行對刀，記該點 Z 坐標為 Z2 8 移動 B 軸使之旋轉 60 度，記該點 Z 坐標為 Z3 9 分別旋轉 B 軸177。 30，177。 45，分別得到點 Y， Z 坐標，結果如表 4． 1： 4． 3． 4 分析數據結果： 工程軟件 Pro／ E 可以比較方便地處理坐標數據。 利用其畫圖數據的參數驅動化，可以約束各線段相等，通過定義其到坐標 軸的距離，可以自動計算 B 軸和 C 軸軸線的相互位置和轉軸到刀尖的距離。 如圖所示； + 1 定義各線段相等，并標注其角度分別為：。在 Pro／ E 中畫圖如下 2 將 B 軸旋轉時，刀具中心 Y 坐標設定為刀具中心到轉軸 Y 軸的距離。 3 各尺寸已經完全定義，標注刀具旋轉中心到轉軸 Y 即 C 軸旋轉中心的 距離如圖，圖中紅色顯示是因為構成了封閉尺寸鏈，這在畫圖中是不允許的。 本節正是利用了參數驅動來自動計算所求要素。 4 標注該線段距離，即為刀具中心到轉軸之間的距離。結果如下圖。 因此。刀尖到轉軸之間的距離為該距離加工球頭銑刀的 半徑。 上述兩圖均為 B 軸旋轉時，測量得到的，為了減少測量所帶 來的誤差，對上圖標所列數據進行計算，求其算術平均值。作為 B， c 兩軸的距 離 d 和刀具中心到轉軸的距離 D。由 B 軸的兩個位置可以計算出一組數據。計 算 B 軸不同位置時 D 和 d．結果如下表 4． 2： 表 4． 2 轉軸偏差與轉軸距離圖 該方法可以測量所求的距離 D 和 d，根據算術平均值，可得 D 314． 478mm， d O． 728mm。 4． 3． 5 實驗結果分析如下： l：刀尖到轉軸的距離可以通過后處理進行補償， B， C 兩軸之間的距離雖 然可以通過后處理進行補償，但也可通過對裝配的修正來消除或減少。 2：該計算結果顯示： B 軸轉動方向不同時， d 計算結果差別較大，初步分 析是該傳動裝置傳動誤差較大，應采取適當措施。 3：在試切測量過程中，采用了代木作為試切的對象，其材質較軟，引起 的對刀測量誤差較大，建議測量試切中，采用硬度較高的材料，如 45 鋼等。 4：在標定機床雙擺頭零點時，由于條件所限，利用立銑刀的母線來校正， 其測量距離較短，精確度較低，建議采用標準芯棒作為測量標準。 5：雙擺頭零點的可靠標定是準確測量的基礎。零點的標定的誤差對以后 的數據處理有著顯著的影響。 6：利用工程軟件的圖形數據參數化驅動，可以避免三角函數的計算繁瑣， 提高了工程實際中數據處理的效率。在實際研究，設計和生產過程中有顯著的 意義。 4． 4 本章小結 本章分析了五軸數控加工后置處理程序的開發方式，重點對項目中開發的 五軸數控機床的結構及其制造裝配的誤差進行了分析，對所測量到的數據進行 了處理 ，為機床的誤差修正提供了依據，同時對后處理的開發奠定了基礎。 第 5 章五軸數控編程實例 5． 1 多軸數控機床的結構模型 五軸聯動機床一般由三個平動軸加上兩個回轉軸組成，根據旋轉軸具體結 構的不同可分為三種形式：刀具雙擺動、工作臺雙旋轉和刀具擺動加工作臺旋 轉。現定義旋轉軸法向矢量不變的軸為定向軸，旋轉軸法向矢量變化的軸為變 向軸 [24]。由于刀具雙擺動的五軸機床具有定工作臺，動軸的特點，能夠加工大 型復雜曲面的零件，而且容易實現優良的高速性 能，本文以此類機床為對象， 建立結構模型如下圖 5． 1： 圖 5． 1 五軸機床模型結構圖 刀具雙擺動機床的運動關系： 假定該機床的數學模型各運動軸處于相互正交或平行狀態，雙擺頭的兩軸 線垂直正交．不考慮機床零件制造裝配誤差，在理想情況下建立各坐標系關系 如圖 5． 2： 圖 5． 2 五軸機床坐標系 5． 2 五軸數控加工的程序編制 五軸加工和三 軸加工加工的本質區別在于：在三軸加工情況下，刀具軸線 在工件坐標系中是固定的，總是平行于 Z 坐標軸：而五軸加工的情況下，刀具 軸線變化的。刀具軸線控制原則是兼顧高加工質量和切削效率，同時避免加工 中可能存在的刀具與工件，夾具的干涉。因此三軸加工的關鍵在于加工特征識 別和刀具路徑規劃．而五軸加工的關鍵在于刀具姿態優化【 3l】。 五軸程序編制的步驟： 1 根據模型定義切削策略：可變軸輪廓銑是多軸加工常用方式，首先從 驅動幾何體上生成驅動點，將驅動點沿著設定的矢量映射到零件模型上，生成 刀位軌跡。評定刀位軌跡優劣的要素為刀位軌跡的長度和刀軸的方向變化。 2 刀軸控制方式：與三軸固定輪廓銑不同之處在于對刀具軸線矢量的控制。 驅動方法通常由點，線，面等三種方式，其選擇原則是盡量使刀具軸線變化平 穩，以保持切削載荷穩定。 3 切削參數選擇：切削參數選擇要考慮到整個加工系統的每個因素。其 中，刀具和工件的影響最為明顯．在加工對象確定的情況下，根據工件形狀、 大小和切削性能等特點，選擇合適的刀具材料、直徑等各項參數，進而確定切 削速度，機床轉速，刀具切深等參數。 為了完成復雜曲面的五軸加工編程，可以采用具有五軸功能的 CAM 工具 軟件 UG、 PRO／ E 和 POWERMILL 等作為基本平臺，在編程過程中選擇合理 的切削策略、刀軸控制方式和切削參數【 2l】。 5． 3 本章小結 通過對五軸機床各軸坐標系統定義和關系轉換 ,研究了進行五軸加工數控 編程的主要問題。總結了實用的復雜曲面編程的方法，并針對某一五軸機床開 發了后處理程序，實現了對復雜曲面的刀具路徑的生成，優化。 第 6 章總結展望 由于客觀條件和時問的限制，本課題的工作還有以下問題有待完善。 1 實際生產加工檢驗。 數控編程中的參數設定是根據實際加工經驗和計算設定的，其走刀軌跡的 設定是參考高速加工技術的特點采用的。因此在實際加工過程中，由于整個加 工系統包括機床，卡具、刀具、工件和冷卻條件的不同，其加工程序的適應性 有待檢驗。 2 五軸數控加工編程的優化 五軸數控加工是一個復雜的過程，其中生產效率和加工質量是一對矛盾。 因此數控加工程序的優化研究將具有重要的意義。另外。閉式整體葉輪是當前 數控加工方法研究的一個熱點，建議下一步研究工作的目標 定為于閉式整體葉 輪數控加工方法的研究． 致謝 本課題的研究是在許多老師，同學和朋友的關心和支持下完成的，在此我 衷心感謝所有在我研究生學習和研究中指導和幫助我的人。 感謝一直在背后默默支持我的父母兄姐和朋友。他們的支持是我更身心地 投入到學習和研究當中． 感謝實驗室里一起學習和討論師兄弟們，大家的無私相助是我感激萬分； 大家的參與討論是我的研究學習生活辛苦而又快樂。 感謝百忙中為本 文審稿的專家和學者們。 參考文獻 1 崔洪斌。芳憶湘，張嘉鈺等．計算機輔助設計基礎及應用．北京： 清華大學出版社， 2020 2 張瑞豐等編． 精通 MATLAB 6． 5．北京： 中國水利 水電出版社， 2020 3 張鵬，張巍，李學仁．基于 Matlab Runtime serve 的應用與開發．北京： 微計算機信息． 2020， 9― 1： 28 卜 282 4 周濟，周艷紅編著．數控加工技術．北京：國防工業出版 社， 2020 5 任秉銀唐余勇編著．數控加工中的幾何建模理論及其應用．哈爾濱：哈爾 濱工業大學出版社， 2020 ， 6[美 ]unigraphics solutions 著．多軸銑制造過程培訓教程 [M]．北京：清華大 學出版社， 2020 7 郭培全，王紅巖． 數控機床編程與應用．北京：機械工業出版社， 2020 8 高風英．數控機床編程與操作．南京：東南大學出版社， 2020 9 陳惠賢姚運萍．數控加工復雜曲面的誤差分析和補償．北京：新技術藝， 2020． 9： 34― 36 lO 孫江宏，陳秀梅． PRO／ ENGINEER2020 數控加工教程．北京：清華大學出版社． 2020 l ll 唐一平．先進制造技術 英文版 ．西安：西安交通大學出版社． 2020 2 12 王玉新．數字化設計．北京：機械工業出版社． 2020 3 13 柳迎春，簡琦昭． PRO／ ENGINEER200l 中文版自由曲面與行為建模．北 京：清華大學出版社． 2020 9 14 范欽武．模具數控加工技術及應用．北京：化學工業出版社． 2020 5 15 周宏甫．數控技術．廣州：華南理 工大學出版社． 2020 9 16 張建民．機電一體化系統設計．北京：高等教育出版社． 200l 8 17 張伯霖，楊慶東，陳長年．高速切削技術及應用．北京：機械工業出版社。 2020． 18 岳貴友，漆向軍，朱新濤等 Pr0／ Ewildfire 2． 0 中文版數控加工教程．北 京：中國水利水電出版社 2020 l 19 燕紅波，楊慶東，劉芳．基于 UG 的五軸聯動數控加工技 術．哈爾濱：機械工程師． 2020。 5 20 紅．自由曲面三坐標加工走刀步長的確定．武漢：華中理工大學學 報． 1998 8 21 蘭，周艷紅，周濟．復雜形狀區域行切加工刀具軌跡生成．貴州：機 械與電子． 1996 4 5