插补方式对数控铣削加工质量的影响

论文摘要

随着制造业的迅速发展,各种类型的复杂曲面被广泛地应用于航空、汽车、造船及电子产品等行业,数控加工由于其诸多优点已成为加工复杂曲面的主流方式。目前国内的数控系统大多采用直线和圆弧两种插补方式,在加工过程中将加工路径划分成微小的直线段和圆弧段,利用反馈系统控制刀具运动使其运动轨迹逼近设计形状和尺寸。为满足零件加工精度要求,微小直线段和圆弧段被不断细化,造成其数量巨大,直接导致数控系统传输负担较重,严重影响生产效率。本文运用不同的插值方法构造通过已知离散数据点的NURBS曲线,对于构造的NURBS曲线按照直线插补、直线-圆弧插补和NURBS插补方式进行实际加工,利用三坐标测量仪对曲线轮廓进行了测量并对结果进行分析,研究了不同插补方式对数控铣削加工质量的影响。首先,给定一组位于二维抛物曲线上的已知刀位数据点,分别采用均匀参数化法、积累弦长参数化法和向心参数化法三种不同的参数化方法对该组刀位点数据进行NURBS曲线拟合,通过该组拟合曲线的局部区域放大图和拟合误差分析图可以明显得出,积累弦长参数化法可以得到更加接近原始曲线的拟合曲线；其次,根据NURBS曲线构造方法,计算该曲线的曲线节点矢量和控制点,并编写FANUC格式的数控程序,在具有FANUC 18i-MB数控系统的立式数控加工中心上,对已构造的NURBS曲线分别按照直线插补、直线-圆弧插补和NURBS插补方式进行实际加工；最后,利用三维坐标测量仪,对实际加工的零件进行测量,并对测量数据进行分析处理,从而得到各种插补方式下零件加工精度的实际结果。通过对比分析发现NURBS刀具路径可以大大提高曲面加工的尺寸精度和几何形状精度,改善曲面的加工质量并提高曲面的光顺性,因而能够减少曲面后续抛光的工作量,很好地满足自由曲面高性能数控加工的需要。同时NURBS插补数控代码量与近似直线插补相比减少了50%至80%,大大提高了程序传输效率。本文所进行的工作为曲面造型及加工提供了一种思路,同时通过实验验证了NURBS造型及NURBS插补刀具路径的优越性,为下一步通过路径规划提高曲面的加工精度累积了经验,奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数控加工与编程技术概述
• 1.2 数控插补技术概述
• 1.3 自由曲面造型技术概述
• 1.4 课题的主要研究目的及意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 NURBS曲线曲面造型基础
• 2.1 曲线曲面的基本理论
• 2.1.1 贝齐尔曲线
• 2.1.2 B样条曲线
• 2.2 NURBS曲线的定义
• 2.2.1 NURBS曲线表达式
• 2.2.2 NURBS曲线的性质
• 2.2.3 NURBS曲线的优缺点
• 2.3 NURBS曲线的生成方法
• 2.3.1 确定三次NURBS插值曲线节点矢量
• 2.3.2 确定三次NURBS插值曲线两端的边界条件
• 2.3.3 反算三次NURBS插值曲线控制顶点
• 2.4 本章小结
• 第三章 NURBS曲线刀具路径生成
• 3.1 NURBS刀具路径简介
• 3.2 NURBS刀具路径的特点
• 3.3 NURBS曲线构造
• 3.3.1 NURBS曲线节点矢量的构造
• 3.3.2 NURBS曲线端点切矢的计算
• 3.3.3 NURBS曲线矩阵系数的计算
• 3.3.4 NURBS曲线控制顶点的计算
• 3.4 NURBS曲线拟合结果
• 3.5 NURBS刀具路径
• 3.6 本章小结
• 第四章 曲面轮廓曲线数控加工实例分析与验证
• 4.1 毛胚尺寸的确定
• 4.2 三维建模
• 4.3 确定工艺方案及加工路线
• 4.4 选择机床
• 4.5 选择刀具
• 4.6 数控程序的检验与仿真
• 4.7 实际加工
• 4.8 数控代码比较
• 4.9 本章小结
• 第五章 曲面零件测量与分析
• 5.1 测量的基本概念
• 5.1.1 测量的定义
• 5.1.2 测量过程的四要素
• 5.2 测量仪器和测量方法
• 5.2.1 测量的仪器与分类
• 5.2.2 测量的方法与分类
• 5.3 零件检测主要技术方案
• 5.4 测量数据的处理
• 5.4.1 测量数据的预处理
• 5.4.2 测量数据的处理
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢