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多轴数控加工刀具运动扫掠体建模与仿真

作　者: 杜璇
导　师: 杨建中
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 多轴仿真扫掠体包络面瞬时轮廓线加工误差分析
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着计算机技术和制造装备业的发展,计算机辅助制造作为现代制造技术的重要工具,已经成为衡量国家制造业核心竞争力的重要标志。多轴数控加工仿真技术作为计算机辅助制造的重要组成部分、提高生产周期的重要手段,一直备受研究者的关注。本文针对多轴数控加工过程仿真技术理论及应用,结合实际项目,对多轴加工刀具扫掠体建模、刀具运动速度确定、碰撞干涉检查及加工误差分析等相关理论和关键技术进行了研究,并开发出了软件原型系统。传统的刀具扫掠体计算方法往往存在计算复杂或缺乏刀具通用性的问题,针对该问题,本文对APT回转刀具的扫掠体建模与求解进行了深入的研究。通过对刀具运动扫掠体形成过程的分析,根据包络理论,提出了刀具扫掠体、包络面及瞬时轮廓线的建模方法,利用刀具瞬时轮廓线完成刀具扫掠体的建模。通过将APT刀具表示为回转刀具球体模型,针对上下圆锥面和过渡圆环面分别提出了刀具扫掠轮廓线的不同计算模型,完成刀具瞬时轮廓线的建模与求解。多轴数控加工刀具表面速度的确定一直是刀具扫掠体建模与求解的关键技术,在深入研究多轴数控加工中旋转轴对刀具表面线速度影响的基础上,以计算机图形学的研究方法为依据,实现基于CL数据驱动的刀具速度确定。根据机构学理论研究各种数控机床机构,提出了任意数控机床机构模型,并推导出刀具到工件的映射矩阵,实现基于NC程序驱动的刀具速度计算。并以工件静止和工件运动两个机床实例验证了该方法的可行性。仿真结果零件的加工误差分析是数控加工过程仿真的主要目的之一,本文在对基于离散矢量法的工件加工误差分析深入的研究的基础上,充分利用仿真结果数据,将仿真结果模型与设计零件模型进行比较,定量地分析加工误差的分布情况。针对法向特征矢量与零件求交速度效率较低的问题,提出了基于混合离散矢量的加工误差分析算法,在保证分析准确度的情况下,提高了算法效率。最后,基于以上研究工作和研究成果,利用VC++6.0,ACIS R16,HOOPS 1220等开发工具,完成了多轴数控加工过程仿真软件系统的开发,实现基于CL数据的加工过程仿真、基于NC程序的加工过程仿真、干涉碰撞检查以及加工误差分析等功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题来源  9
  1.2 研究背景及意义  9-10
  1.3 文献综述  10-16
  1.4 主要工作  16-18
2 基于回转刚体球体模型的刀具运动扫掠体  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 通用刀具的数学描述  18-20
  2.3 刀具扫掠体、包络面及瞬时轮廓线建模  20-22
  2.4 刀具瞬时轮廓线  22-28
  2.5 刀具瞬时轮廓线算例  28-29
  2.6 本章小结  29-30
3 面向速度各点异性的刀具运动速度  30-41
  3.1 引言  30
  3.2 基于刀位文件驱动的刀具速度  30-33
  3.3 基于NC 程序驱动的刀具速度  33-40
  3.4 本章小结  40-41
4 基于混合离散矢量的工件加工误差分析  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 加工误差分析的总体算法  41-45
  4.3 加工误差分析算法与实现  45-49
  4.4 本章小结  49-50
5 多轴数控加工过程仿真系统的实现  50-62
  5.1 多轴数控加工仿真软件系统构建环境  50-51
  5.2 多轴数控加工过程仿真软件系统的总体结构  51
  5.3 仿真系统的数据结构  51-54
  5.4 多轴数控加工仿真软件系统功能的实现  54-61
  5.5 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62-63
  6.2 研究展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录攻读学位期间发表学术论文目录  69

多轴数控加工刀具运动扫掠体建模与仿真

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