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直纹面叶轮数控铣削加工刀具轨迹规划

作　者: 朱亚雄
导　师: 王永章
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 直纹面叶轮 插铣 侧铣 Slerp四元数插值法 五轴机床后置处理
分类号: TG547
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


整体叶轮数控铣削传统加工工艺一般包括流道开槽、扩槽、半精加工、精加工、表面检测与磨粒流抛光处理等一系列工艺环节,其中粗加工环节是影响加工效率的最重要的环节。实践表明传统粗加工工艺效率较低,为了提高整体直纹面叶轮的粗加工效率,并且弥补目前商用计算机辅助制造CAM软件在五坐标插铣加工方面的不足,本文针对直纹面叶轮的五坐标插铣粗加工和侧铣半精加工进行了刀具轨迹规划。本文研究的叶轮的叶片为直纹面型,因为如果能加工出高质量的直纹面,就能够运用逼近的方法加工出高质量的自由曲面,所以研究直纹面叶轮的加工方法有很大的现实意义。在插铣粗加工及侧铣半精加工的刀具轨迹规划过程中,引入了SLERP四元数插值法,运用此法在直纹面叶轮的叶背和叶盆的偏移边界矢量之间能够实现均匀插值,从而可以求出插铣加工时的刀轴矢量,推导了五坐标插铣加工的步距计算公式,进而确定了直纹面叶轮流道行方向的插铣密度,在能完全切除加工余量的基础上保证了切削效率。依据上述算法在VC++和OpenGL平台上开发了整体叶轮五坐标插铣粗加工及侧铣半精加工软件模块,通过该软件模块生成了插铣粗加工和侧铣半精加工的刀具轨迹文件并且通过OpenGL对刀具轨迹进行了仿真。最后通过五轴机床的后置处理算法生成了插铣粗加工和侧铣半精加工的NC代码,并且使用VERICUT机床加工仿真软件对生成的NC代码进行了仿真。OpenGL仿真和NC代码仿真均表明了插铣法的高效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题的背景及意义  8-10
    1.1.1 课题的背景  8
    1.1.2 课题的意义  8-10
  1.2 国内外叶轮加工研究现状  10-13
    1.2.1 端铣法  11
    1.2.2 侧铣法  11-12
    1.2.3 插铣法  12-13
  1.3 刀具轨迹规划概况  13
  1.4 论文主要研究内容  13-14
第2章 轨迹规划的数学基础  14-20
  2.1 计算机图形学简介  14
  2.2 四元数的基本概念  14-18
    2.2.1 四元数的两种定义  14-15
    2.2.2 四元数的基本性质  15-16
    2.2.3 空间矢量旋转  16-17
    2.2.4 空间两向量间的球面插值  17-18
  2.3 直纹面和可展曲面  18-19
    2.3.1 直纹面及其方程  18-19
    2.3.2 可展直纹面和扭曲直纹面  19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 直纹面叶轮流道加工的刀具轨迹规划  20-38
  3.1 传统整体叶轮加工的刀具轨迹规划  21-23
  3.2 插铣法粗加工叶轮流道时刀轴矢量的确定  23-27
    3.2.1 叶轮叶片的边界矢量的计算  23-25
    3.2.2 边界矢量之间的四元数插值  25-26
    3.2.3 刀具行距和步距的计算  26-27
  3.3 刀轴矢量和轮毂面交点的确定  27-32
    3.3.1 圆弧截面轮毂面刀心点的计算  28-29
    3.3.2 偏置自由曲面的三角片离散  29
    3.3.3 空间三角片和空间有向线段的交点  29-32
  3.4 插铣法粗加工之刀具轨迹规划  32-34
  3.5 半精加工刀具轨迹规划  34-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 数控加工仿真系统  38-53
  4.1 数控加工仿真简介  38-39
  4.2 Visual C++ 6.0 及OpenGL简介  39-40
  4.3 叶轮流道加工的刀具轨迹仿真  40-43
    4.3.1 插铣粗加工仿真  40-42
    4.3.2 侧铣半精加工仿真  42-43
  4.4 五轴数控机床后置处理  43-47
  4.5 VERICUT机床加工仿真  47-52
    4.5.1 建立机床运动学模型  48-50
    4.5.2 添加系统控制文件  50
    4.5.3 建立刀具库  50-51
    4.5.4 添加刀具轨迹NC代码  51
    4.5.5 添加NC代码进行仿真  51-52
  4.6 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床 > 程序控制铣床和数控铣床
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