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多轴联动高效数控加工工艺及参数优化技术

作　者: 吴家奎
导　师: 丁国富
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 多轴联动面向制造特征路径规划虚拟加工参数优化
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题针对水轮机产品的数控制造工艺,尤其在面向高效切削加工CAM系统缺乏的情况下,寻求一种在传统CAM系统上实现高效切削加工的策略。论文以复杂曲面的高效加工为研究对象,从模板开发、刀具轨迹和刀轴矢量的规划、虚拟加工技术、切削参数优化技术等方面进行了研究,主要完成了以下工作：(1)论文针对各种曲面的结构特点,基于CAD/CAM软件平台,开发出了高效的三维建模和编程模板系统。经过分析对比,证明了该技术可大幅缩短技术准备周期。(2)论文提出了高效的粗、精加工刀位路径规划技术。粗加工采用基于残留模型的刀位路径生成方法；精加工采用参数线算法生成曲面刀位路径,提出利用边界点刀轴插补算法生成难加工区域的刀位路径,并利用边界插补矢量完成加工区域的划分。(3)基于数控机床的虚拟加工技术实现了产品的数字化加工过程,优化了刀位路径轨迹,并检验高效数控加工工艺的科学性,提高了机床利用率。(4)针对叶片类零件的刀位轨迹规划方案,基于VERICUT建立了切削参数优化库,实现了各加工阶段的切削参数优化。(5)在五轴联动数控机床上完成了整体叶轮的加工,验证了上述技术的可行性,实践证明综合运用该技术后,叶轮制造效率可提高30%～50%。本论文总结出了一套高效的多轴联动数控加工工艺技术,该技术已经成功应用到水轮机行业多种部件的数控加工工艺中,制造效率和制造质量完全满足科研和生产的需求,同时,该课题部分技术还具有通用性,可用于其它制造业产品部件的多轴联动数控加工。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-15
  1.1 高效加工的目的和意义  10
  1.2 高效加工的技术体系  10-12
    1.2.1 高效加工的关键技术  10-11
    1.2.2 高效数控加工工艺研究的内容  11-12
  1.3 多轴联动高效数控加工技术理论研究现状  12-13
    1.3.1 曲线曲面基本理论  12
    1.3.2 刀具轨迹生成技术  12
    1.3.3 虚拟加工技术  12-13
    1.3.4 切削参数优化技术  13
  1.4 本课题研究的主要内容  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第2章面向制造特征编程模板技术的开发及应用  15-27
  2.1 面向制造特征的叶片参数化造型  16-21
    2.1.1 叶片类零件的结构特点  16
    2.1.2 叶片类零件自由曲面的参数化造型  16-21
  2.2 基于CAD/CAM的二次开发技术  21-24
    2.2.1 辅助建模技术的开发及应用  21-23
    2.2.2 编程模板技术的开发  23-24
  2.3 叶片及导叶的数控加工编程模板  24-25
    2.3.1 模板的定义  24
    2.3.2 模板的调用  24-25
  2.4 本章小结  25-27
第3章面向制造特征的高效路径规划技术  27-38
  3.1 高效的粗加工路径规划策略  27-28
    3.1.1 曲面型腔数控加工刀具轨迹生成  27
    3.1.2 叶片类零件的粗加工策略  27-28
  3.2 高效的精加工路径规划策略  28-35
    3.2.1 曲面多轴联动数控加工刀具轨迹生成  28-31
    3.2.2 曲面间过渡区域加工刀具轨迹规划  31-32
    3.2.3 流道区域的刀具路径规划  32-35
  3.3 导叶轮在DMU—100T上加工实例  35-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章多轴联动数控机床虚拟加工技术  38-51
  4.1 虚拟加工系统的工作流程  38-39
  4.2 虚拟加工系统的关键技术  39-48
    4.2.1 几何建模技术  39-42
    4.2.2 运动建模技术  42-45
    4.2.3 虚拟刀具库的建立  45
    4.2.4 典型子程序和宏命令的研究  45-47
    4.2.5 加工仿真  47-48
  4.3 应用实例  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章基于参考模型的切削参数优化技术  51-64
  5.1 切削参数优化的设计变量  51
  5.2 基于参考模型的自适应控制  51-56
    5.2.1 基于参考模型的自适应控制系统研究的目的  51-52
    5.2.2 系统的数学描述  52-53
    5.2.3 系统的误差方程  53-55
    5.2.4 MIT自适应规律(局部参数最优化方法)  55-56
  5.3 VERICUT的优化功能模块开发  56-62
    5.3.1 基于VERICUT的优化设计思想  57
    5.3.2 基于VERICUT优化设计的数学模型  57-58
    5.3.3 基于VERICUT的叶片类零件切削参数优化方案  58
    5.3.4 基于VERICUT参考模型的自适应系统开发  58-60
    5.3.5 基于VERICUT参考模型的优化实例  60-62
  5.4 本章小结  62-64
第6章总结与展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目  70

多轴联动高效数控加工工艺及参数优化技术

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