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椭球头铣刀设计及其刀具路径生成算法

机械工程学报 2018年第15期54卷 199-212页

作者：刘献礼范梦超计伟王广越赵泽民哈尔滨理工大学机械动力工程学院

随着航空航天、汽车模具等领域内型面复杂程度的日益增大,目前对不同形状、不同性能刀具的需求也不断增加.设计了一种刀具端部切削刃所在回转面为椭球面的整体铣刀,以下称为椭球头铣刀.建立了椭球头铣刀参数化模型,为刀具的参数化设计... 详细信息

随着航空航天、汽车模具等领域内型面复杂程度的日益增大,目前对不同形状、不同性能刀具的需求也不断增加.设计了一种刀具端部切削刃所在回转面为椭球面的整体铣刀,以下称为椭球头铣刀.建立了椭球头铣刀参数化模型,为刀具的参数化设计提供理论基础.提出了椭球头铣刀的三种切削刃曲线模型:等螺旋角切削刃、正交螺旋形切削刃和新型切削刃,精准的刀具切削刃曲线模型为椭球头铣刀的精准制造提供了理论依据.提出了椭球头铣刀三轴端铣加工曲面的刀具路径生成算法,并通过试验验证了刀具路径生成算法的正确性和可行性,分析了刀具的切削性能并验证了椭球头铣刀的优势,为椭球头铣刀的推广应用提供了理论基础.对椭球头铣刀的参数化设计和应用研究,也为其他新型刀具的设计和应用提供了方法和理论依据.

关键词：椭球头铣刀刀具设计刀具路径三轴铣削数控加工

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点云的数控加工刀具路径直接生成研究

点云的数控加工刀具路径直接生成研究

作者：司海宁太原科技大学

学位级别：硕士

传统的逆向工程对获取的点云数据生成刀具路径要进行曲面重建或生成三角面片模型,在重建的曲面模型上进行刀具路径规划,但重建曲面的过程繁琐费时,重建的曲面精度也无法保证。直接对点云进行刀具路径规划,跳过了曲面重建的步骤且缩短了... 详细信息

传统的逆向工程对获取的点云数据生成刀具路径要进行曲面重建或生成三角面片模型,在重建的曲面模型上进行刀具路径规划,但重建曲面的过程繁琐费时,重建的曲面精度也无法保证。直接对点云进行刀具路径规划,跳过了曲面重建的步骤且缩短了刀具路径规划的时间,成为逆向工程目前的研究重点。本文对由点云数据直接生成刀具路径进行了研究,包括点云数据获取、数据预处理、粗加工刀具路径规划、精加工刀具路径规划以及后置处理仿真验证等。本文的主要研究成果如下:(1)以鼠标上表面为研究对象,设计了轮廓仪测量方案并进行了测量,对获取的扫描线点云数据分别用半径滤波和本文提出的四点判断法进行了降噪处理对比试验。建立了kd-tree结构对无序点云进行阈值判断降噪,建立了点云的八叉树结构对点云数据进行降采样,为后续刀具路径规划提供高质量的点云数据。(2)提出了点云的粗加工刀具路径规划方法。先对点云按Z轴方向进行等间隔分层,对每层点云进行二维网格划分,采用行切法计算由网格组成的点云刀位网格。该方法计算简便、适用于不复杂的点云数据粗加工刀具路径生成。(3)提出了点云等残留精加工刀具路径规划方法。针对散乱点云进行环形铣刀五轴刀具路径规划,首先在刀触点建立局部坐标系并计算该刀触点处的局部轮廓点集,接着根据刀具在切削时的几何形状及残留高度计算理论残留高度点,由理论残高点对应在局部轮廓点集中的点计算的残高点即为实际残高点,最后由几何关系计算相邻行的刀触点。该方法可计算理论残高点,相比较传统的利用点云轮廓点集依次计算的方法,可减少计算量、提高计算效率。(4)为验证本文提出的粗、精加工刀具路径规划方法的正确性,对数控机床的后置处理及仿真验证进行了研究,并采用MATLAB进行编程,将前面章节生成的刀位文件转换成用于数控加工的G代码。最后用VERICUT软件进行了仿真试验,验证本文算法的有效性和合理性。

关键词：逆向工程点云刀具路径等残留高度数控加工

基于对偶四元数的五轴等距双NURBS刀具路径规划

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计算机集成制造系统 2014年第1期20卷 128-133页

作者：张立强张守军王宇晗上海工程技术大学机械工程学院上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对由离散刀位构成的一阶线性不连续刀路影响机床运动平稳性的问题,提出在工件坐标系下对线性刀路进行光顺,获取满足精度且达到G1以上连续的等距双非均匀有理B样条刀具路径。采用对偶四元数描述五轴刀位,利用对偶四元数B样条矢量函数... 详细信息

针对由离散刀位构成的一阶线性不连续刀路影响机床运动平稳性的问题,提出在工件坐标系下对线性刀路进行光顺,获取满足精度且达到G1以上连续的等距双非均匀有理B样条刀具路径。采用对偶四元数描述五轴刀位,利用对偶四元数B样条矢量函数拟合线性刀路,获取五轴联动的刀具B样条运动轨迹,插值得到描述刀具中心点和刀轴点运动轨迹的等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径。算例表明,采用本算法对工件坐标系中的线性刀路进行光顺,在提高刀具轨迹运动平稳性的同时,可以获得满意的加工精度,适用于五轴高速精密加工。

关键词：五轴加工对偶四元数等距双样条刀具路径

曲面数控加工中面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2011年第9期23卷 1561-1566页

作者：肖钊杨旭静王伏林湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

曲面数控加工中,NURBS刀具路径生成技术需要在大量有序刀位点中提取适合于NURBS刀具路径表示的刀位点段,刀位点的分段质量是决定NURBS刀具路径生成的前提.通过分析NURBS刀具路径的特点,对由刀位点表示的刀具路径之间的连接方式和边界点... 详细信息

曲面数控加工中,NURBS刀具路径生成技术需要在大量有序刀位点中提取适合于NURBS刀具路径表示的刀位点段,刀位点的分段质量是决定NURBS刀具路径生成的前提.通过分析NURBS刀具路径的特点,对由刀位点表示的刀具路径之间的连接方式和边界点进行分类,提出通过层次聚类法将刀具路径进行分段的算法.在此基础上,通过判断连接点的类型来提取合适的刀位点段以进行NURBS刀具路径的生成.实例结果表明,该算法分段可靠、快捷,对不同曲线曲面轮廓刀具轨迹点进行分段的适应性强,分段结果可以满足NURBS刀具路径的生成.

关键词：刀具路径层次聚类法刀位点分段 NURBS

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基于NURBS曲线拟合的刀具路径优化方法

计算机集成制造系统 2011年第7期17卷 1454-1459页

作者：赵鹏楼佩煌刘明灯胡荣华南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京四开电子企业有限公司江苏南京210007

为解决复杂曲面高速、高精度加工中由于微小直线段链逼近自由曲线产生的刀具路径不连续问题,提出一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的刀具路径优化方法。在该方法中,通过分析刀具路径的几何特征鉴别需要平滑的连续直线段链,对其分段进行... 详细信息

为解决复杂曲面高速、高精度加工中由于微小直线段链逼近自由曲线产生的刀具路径不连续问题,提出一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的刀具路径优化方法。在该方法中,通过分析刀具路径的几何特征鉴别需要平滑的连续直线段链,对其分段进行基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线拟合优化,并设置相邻段连接点处的边界平滑条件,还原刀具路径应有的连续性。拟合算法采用特征点搜索法设定曲线参数,通过误差控制的曲线节点向量和控制顶点调整保证拟合曲线精度。实验表明,经过该算法拟合优化后的刀具路径具有良好的平滑性,显著提高了曲面加工的精度和效率。

关键词：数控系统非均匀有理B样条曲线拟合刀具路径最小二乘法

基于PowerMILL软件的3+2定轴加工刀具路径编制方法

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装备维修技术 2023年第3期 57-62页

作者：董颖山东工业职业学院

随着五轴数控机床的普及应用，对复杂零件的多轴联动加工已经是一项必备技能。通过对典型零件-多外侧型腔零件进行工艺优化和刀路编程，制定合理的多轴数控加工工艺方案，使用PowerMILL软件采用3+2定轴加工，完成该零件三个外侧型腔刀... 详细信息

随着五轴数控机床的普及应用，对复杂零件的多轴联动加工已经是一项必备技能。通过对典型零件-多外侧型腔零件进行工艺优化和刀路编程，制定合理的多轴数控加工工艺方案，使用PowerMILL软件采用3+2定轴加工，完成该零件三个外侧型腔刀具路径编制，导出NC程序，通过仿真进行误差分析，继而投入生产，成功树立一个典型的多轴3+2定轴加工案例，具有广泛的推广和应用价值。

关键词： 3+2定轴加工 PowerMILL软件多轴加工刀具路径

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五轴联动数控加工的刀具路径优化方法研究

中国机械工程 2012年第2期23卷 146-150页

作者：赵鹏楼佩煌刘明灯胡荣华南京航空航天大学南京210016 南京四开电子企业有限公司南京210007

为解决五轴联动加工复杂曲面过程中的刀具路径不连续问题,提出了五轴数控的刀具路径优化方法。通过五轴NC代码的坐标变换还原有效切削路径,对切削路径进行误差约束下的非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合。对旋转轴路径采用五次样条曲线进... 详细信息

为解决五轴联动加工复杂曲面过程中的刀具路径不连续问题,提出了五轴数控的刀具路径优化方法。通过五轴NC代码的坐标变换还原有效切削路径,对切削路径进行误差约束下的非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合。对旋转轴路径采用五次样条曲线进行插值,建立切削路径和旋转轴路径的参数映射关系,通过机床逆运动变换求解C2连续的平动轴路径。实验表明,经过该方法优化后,切削路径和各驱动轴运动路径具有良好的平滑性,显著提高了五轴加工曲面精度和表面质量。

关键词：数控五轴加工曲线拟合刀具路径

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点云曲面等残留高度刀具路径规划

计算机集成制造系统 2012年第5期18卷 965-972页

作者：吴福忠绍兴文理学院工学院浙江绍兴312000

现有方法在解决满足一定条件的测量点刀具路径直接生成问题时存在若干缺陷,为此提出一种基于最小二乘支持向量机的点云曲面三坐标加工等残留高度刀具路径生成方法。应用最小二乘支持向量机拟合散乱点,完成四边形网格划分,实现散乱点的... 详细信息

现有方法在解决满足一定条件的测量点刀具路径直接生成问题时存在若干缺陷,为此提出一种基于最小二乘支持向量机的点云曲面三坐标加工等残留高度刀具路径生成方法。应用最小二乘支持向量机拟合散乱点,完成四边形网格划分,实现散乱点的网格化重建。分别以残留高度和刀具半径为等距距离,对初始网格进行等距计算,得到以网格形式表示的残留曲面和刀具中心曲面。应用曲面等残留高度刀具路径生成几何模型,通过网格曲面与刀具包络面之间的求交计算和逐步递推方法,求出矩形域内点云曲面加工等残留高度刀具路径。应用边界网格识别和测量点高斯映射技术提取边界特征点。通过边界裁剪,求得实际边界域内的刀具路径。通过实例验证了该方法的可行性,并与目前常用的等间距刀具路径生成方法进行比较,结果表明该方法能够合理地解决加工精度和效率间的匹配问题。

关键词：支持向量机点云曲面等残留高度刀具路径

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离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

机械科学与技术 2018年第5期37卷 721-728页

作者：牛恒泰康敏何成奎杨军南京农业大学工学院南京210031 南京农业大学灌云现代农业装备研究院江苏灌云222200 达州职业技术学院四川达州635001

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法... 详细信息

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。

关键词：离散曲面慢刀伺服刀具路径环曲面渐进多焦点曲面