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试析步长自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法书写

收藏本文 2024-03-22 点赞:6905 浏览:21143 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:自由曲面零件以其优良的空气动力学、流体动力学和热力学等特性,广泛运用于航空航天、造船、汽车、模具制造等领域。自由曲面造型技术已经比较成熟,但是相对而言,自由曲面的加工技术进展稍显落后,随着多轴联动加工中心的进展,自由曲面的数控编程,作为自由曲面设计和多轴联动加工自由曲面的桥梁,越来越凸显出其重要量,特别是其刀具路径轨迹规划技术探讨成为该领域内的一个探讨热点和难点。论文系统地探讨了国内外关于自由曲面加工刀具路径轨迹规划的探讨进展,以提升自由曲面的表面加工质量和加工效率为目标,对自由曲面加工的刀具路径轨迹规划的若干关键技术进行了深入探讨,提出了自由曲面加工的多刀具组合自动优化算法、等弓高误差变步长算法、基于等残余高度线的刀具路径轨迹规划算法和基于关键刀触点提取的样条曲线插补加工刀具路径轨迹生成算法等。论文的主要探讨成果和革新点总结如下:提出了一种自由曲面加工多刀具组合自动优化算法。改善了遗传算法,为适应自由曲面的主曲率特性,设计了一种新的非线性自适应度函数,给出了新的复制规则,求取自由曲面上的最大主曲率点,以获取满足无曲率干涉加工自由曲面的最大刀具尺寸;提出了自由曲面加工局部干涉区域边界追踪算法,用于曲面分区域划分,然后分区域规划刀具路径轨迹,建立了刀具路径轨迹总长度和刀具尺寸之间的函数联系式,采取遗传算法求取使得加工效率最高的多刀具组合。提出了一种等弓高误差变步长算法。算法给出了步长范围内弓高误差的计算策略,然后将黄金分割法运用到最大弓高误差的求取和变步长参数点的求取,给出了基于曲率半径符号判别的弓高误差校核策略,避开了弓高误差中点校核法可能的错误判断,最后给出了完整的等弓高误差变步长算法。提出了一种基于等残余高度线的刀具路径轨迹规划算法。由当前刀具路径轨迹计算等残余高度线,根据等残余高度线计算相邻刀具路径轨迹,循环下去直到结束;给出了计算投影点的Newton-Raphson迭代法和计算等残余高度点、相邻刀具路径轨迹刀位点的Newton迭代法;给出了根据自由曲面在步距方向的曲率半径和刀具尺寸计算迭代角度初值的策略,与二分法相比提升了计算效率;最后给出了完整的算法流程图。提出了基于关键刀触点提取的样条曲线插补加工刀具路径轨迹生成算法。首先根据离散曲率极值点提取初始关键刀触点,提出了基于偏差浅析的多点调整算法,用于确定每次需要新增关键刀触点的个数,然后基于形状指数浅析提取出新增关键刀触点;提出了根据提取的所有关键刀触点建立节点矢量的新策略,采取最小二乘法进行B样条曲线逼近;定义了一种新的五轴联动双NURBS样条曲线插补G代码格式,并给出了根据前述刀具路径轨迹规划结果直接生成五轴联动双NURBS样条曲线插补G代码的策略。关键词:自由曲面论文遗传算法论文变步长论文等残余高度线论文刀具路径轨迹规划论文样条曲线插补论文

    摘要4-6

    Abstract6-12

    图表清单12-15

    第一章 绪论15-32

    1.1 自由曲面及其数控加工15-16

    1.2 自由曲面数控编程技术进展16-17

    1.3 自由曲面加工刀具路径轨迹规划技术国内外探讨近况17-27

    1.3.1 自由曲面几何建模和加工建模17-18

    1.3.2 加工自由曲面的数控机床与刀具18-21

    1.3.3 刀具路径轨迹规划21-25

    1.3.4 样条曲线插补25-27

    1.4 自由曲面加工刀具路径轨迹规划策略有着的主要不足27-29

    1.5 自由曲面加工刀具路径轨迹规划技术的进展方向29

    1.6 论文探讨目的、作用和主要探讨内容29-32

    1.6.1 论文探讨目的和作用29-30

    1.6.2 论文主要探讨内容30-32

    第二章 自由曲面建模与微分几何特性浅析32-46

    2.1 引言32-33

    2.2 B 样条曲线表示及其重构33-39

    2.2.1 B 样条曲线表示33

    2.2.2 B 样条曲线的节点矢量构建33-34

    2.2.3 de Boor 算法计算 B 样条曲线上的点34-35

    2.2.4 B 样条曲线重构35-39

    2.3 B 样条曲面表示及其重构39-41

    2.3.1 B 样条曲面表示39

    2.3.2 B 样条曲面的节点矢量构建39-40

    2.3.3 B 样条曲面重构40-41

    2.4 自由曲面微分几何特性浅析41-44

    2.4.1 自由曲面几何模型41

    2.4.2 主曲率计算41-42

    2.4.3 有效曲率计算42-43

    2.4.4 Meusnier 定理43-44

    2.5 自由曲面加工模型44-45

    2.6 本章小结45-46

    第三章 自由曲面加工多刀具组合自动优化算法探讨46-72

    3.1 引言46-47

    3.2 自由曲面加工刀具及加工效率浅析47-54

    3.2.1 加工刀具类型47-48

    3.2.2 自由曲面加工刀具尺寸与曲率干涉48-52

    3.2.3 加工效率浅析52-54

    3.3 无曲率干涉加工自由曲面的最大刀具尺寸选择算法54-59

    3.3.1 自由曲面上的最大主曲率54-55

    3.3.2 改善遗传算法及最大主曲率求取55-58

    3.3.3 最大刀具尺寸选择58

    3.3.4 验证实例58-59

    3.4 自由曲面加工干涉区域边界追踪算法59-65

    3.4.1 局部干涉区域边界条件60

    3.4.2 局部干涉区域边界追踪算法60-64

    3.4.3 验证实例64-65

    3.5 多刀具组合自动优化算法65-71

    3.5.1 平面区域内的刀具路径轨迹长度65-67

    3.5.2 多刀具组合自动优化模型67-68

    3.5.3 多刀具组合自动优化算法流程图68

    3.5.4 验证实例68-71

    3.6 本章小结71-72

    第四章 自由曲面加工等弓高误差变步长算法探讨72-79

    4.1 引言72

    4.2 目前策略有着的不足72-74

    4.3 等弓高误差变步长算法74-76

    4.3.1 实际弓高误差74

    4.3.2 黄金分割法求取最大弓高误差74-75

    4.3.3 算法流程75-76

    4.4 验证实例76-78

    4.5 本章小结78-79

    第五章 基于等残余高度线的刀具路径轨迹规划算法79-95

    5.1 引言79

    5.2 CSC 算法79-88

    5.2.1 CSC 算法相关的几个概念80

    5.2.2 CSC 算法原理80-81

    5.2.3 根据当前刀具路径轨迹求取等残余高度线81-85

    5.2.4 根据等残余高度线求取相邻刀具路径轨迹85-88

    5.3 CSC 算法流程88

    5.4 叶轮叶片的 VERICUT 加工仿真验证88-94

    5.4.1 加工仿真的机床建模88-89

    5.4.2 整体叶轮的加工仿真验证89-91

    5.4.3 单个叶片加工仿真的残余高度浅析91-94

    5.5 本章小结94-95

    第六章 样条曲线插补刀具路径轨迹生成算法探讨95-112

    6.1 引言95-96

    6.2 初始刀触点生成96

    6.3 基于关键刀触点提取的 B 样条曲线插补刀具路径轨迹生成算法96-103

    6.3.1 最小二乘法 B 样条曲线逼近96-98

    6.3.2 基于离散曲率浅析的初始关键刀触点提取98-100

    6.3.3 基于逼近偏差浅析和形状指数浅析的新增关键刀触点提取算法100-103

    6.3.4 算法流程图103

    6.4 五轴联动双 NURBS 样条曲线插补的 G 代码定义及生成103-106

    6.4.1 NURBS 样条曲线插补103-106

    6.4.2 五轴联动双 NURBS 样条曲线插补 G 代码定义106

    6.4.3 五轴联动双 NURBS 样条曲线插补 G 代码生成106

    6.5 验证实例106-110

    6.5.1 验证实例 1106-109

    6.5.2 验证实例 2109-110

    6.6 本章小结110-112

    第七章 总结与展望112-114

    7.1 全文总结112-113

    7.2 探讨展望113-114

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