型腔高速切削加工的刀具轨迹规划方法研究

作     者：詹阳烈 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊振华

授予年度：2009年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高速加工 刀具轨迹规划 水平集方法 螺旋线轨迹 摆线轨迹 

摘      要：对于型腔高速加工,连续、光滑、切削载荷均衡的加工轨迹能够保证更高的加工效率和加工精度。针对传统刀具轨迹不能满足这些要求的问题,本文提出基于水平集方法的螺旋线刀具轨迹规划方法,并开发了基于中轴变换理论的摆线加工轨迹规划技术,能够保证加工过程中刀具载荷平稳均匀变化和更少的空行程,避免了刀具崩毁事件的发生,提高了加工效率。 首先,论文介绍了水平集方法的基本理论和技术。包括水平集方程的推导和符号距离函数的生成,Hamilton-Jacobi方程的稳定数值解,符号距离函数重新初始化等理论;并重点介绍了曲率流技术。 然后,提出了基于水平集方法的螺旋线轨迹生成方法。以型腔边界建立初始水平集函数,初始化覆盖整个切削区域的单位速度场,通过控制推进步长,得到型腔边界的等距偏置线。同时,运用曲率流技术,平滑各条等距偏置线上的高曲率拐点。本文提出了三种不同的等距环对角线生成策略,能够合理的控制螺旋线生成的时间。 针对螺旋线加工轨迹难以处理狭长形型腔的局限性,本文基于中轴变换理论开发出一套摆线加工轨迹的生成技术。摆线加工轨迹的核心思想是根据中轴线生成型腔内部的最大内切圆,然后用切线连接这些内切圆得到一条完整加工轨迹。本文提出的中轴线遍历算法,有效的解决了内切圆的有序连接问题。 最后,文章介绍了作者基于以上两种新型刀具轨迹规划方法开发的刀具轨迹规划软件工具箱——ADToolpath,并在VERICUT仿真平台上对生成的刀具轨迹进行仿真检验,对仿真结果进行了比较分析。