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三元整体叶轮数控加工刀位规划与仿真

肖哲锋  
【摘要】: 复杂曲面加工是当今机械制造领域的一个研究热点,毫无疑问,叶轮类零件已经成为复杂曲面中的一个典型代表,广泛应用于国民经济的一些重要领域。叶轮设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科,叶轮曲面加工的手段、加工精度和表面质量对其气动性能都有很大的影响。本文将重点讨论面向五轴数控机床整体叶轮的加工方法。 本论文以三元整体叶轮五轴数控加工的刀位规划、刀位计算方法,刀具路径仿真为核心内容,在深入分析叶轮的几何模型之后,结合复杂曲面建模的相关知识,如B样条拟合技术,VC++与OpenGL等,调用相关函数,生成了叶轮整体模型。 粗加工过程中以分层的方式对毛坯进行铣削,采用之字形走刀法来规划刀位。利用点到曲面的距离的计算方法,求取了叶片之间的最短距离,并将该距离与UG中测量的结果进行分析比较。利用在圆上求中点的方式确定了每一层的刀心点,将最底层刀心点与最上层刀心点做矢量相减,从而确定了粗加工刀轴矢量。 在完成粗加工的基础上,将两点偏置法与线—面求交方法相结合,获得了叶片精加工的刀具路径和刀轴矢量。利用点到曲面最短距离的计算方法对各刀位下的几何残留误差进行了计算,并对该误差的分布进行了深入分析。依据两点偏置法的基本原理,对所获得的刀位进行优化,最终获得误差较小且分布合理的精加工刀位。 在仿真模块,运用计算机仿真技术及OpenGL相关知识,模拟刀具在加工过程中的动态变化,对前面生成的刀具运动轨迹进行干涉检验,判断曲面的整体可达性。最终在加工之前得到了合理、优化的加工方案。结果表明将理论分析与仿真技术相结合,是复杂曲面数控加工刀位验证的一种有效途径。


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