复杂曲面造型及数控加工仿真研究.pdf

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1、科技创新2014年第16期I科技创新与应用复杂曲面造型及数控加工仿真研究王启祥(天津中德职业技术学院，天津300350)摘要：文章以叶轮类复杂造型和数控加工仿真为研究目的，通过对数据进行建模的前处理，将给定的数据变成UG系统能识别的文件，在UGModeling环境中自动生成桨叶切面线及桨叶轮廓线。并以此为基础，完成螺旋桨三维实体建模。对整体叶轮在五坐标数控加工工艺规划进行分析，采用等参数线法分别对叶片的背、腹面和流道面生成无干涉刀具路径，并确定刀轴倾角、切削行距，并最终完成了叶片的数控加工仿真。关键词：整体叶轮；UG；数控加工；工艺规划

2、引言算繁琐，不易向其它复杂曲面推广。为确保数控程序的正确性，防止加工过程中干涉和碰撞的发叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范的、典型的通道生，在实际生产中，常采用试切的方法进行检验。但这种方法费工费类复杂零件，其形状特征明显，工作型面的设计涉及到空气动力学、料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质后来又采用轨迹显示法，即以划针或笔代替刀具，以着色板或纸代量对其性能参数都有很大影响。故叶轮的设计与制造密不可分。传替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形，有相当大的

3、局限性。对于统的叶轮加工方法是叶片与轮毂采用不同的毛坯，分别加工成形后工件的三维和多维加工，也有用易切削的材料代替工件(如，石蜡、将叶片焊接在轮毅上。此方法不仅费时费力，且叶轮的各种性能难木料、改性树脂和塑料等)来检验加工的切削轨迹。但是，试切要占以保证。近年来，多轴数控技术尤其是五轴数控技术的发展使得叶用数控机床和加工现场。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的轮的整体加工成为可能并日益普及。计算机仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等数控加工是CAD／CAM技术中的重要环节之一，刀位轨迹规划方面取得了重要的进展，目前正向

4、提高模型的精确度、仿真计算实又是数控加工技术的关键。坯的制备、定位基准及加工路线的拟定、时化和改善图形显示的真实感等方向发展。刀具类型和切削参数的选择，零件粗加工阶段的刀轨规划以及精加1国内外主要研究方法包括工刀轨等，是刀位轨迹规划的重要内容。由于叶片类零件的空间重1．1解析法：包络加工过程可以看作是刀具与工件的一种啮合叠区域大，在加工过程中需要对刀轴矢量等进行控制。数控加工刀运动，根据空间啮合原理可知，若两个构件作给定的相对啮合运动。位规划问题同所采用的刀具以及加工过程中曲面的成形原理密不虽然该方法在原理上很简单，但该方程组是含有多个

5、参变量的复杂可分。在不干涉的条件下aN-E任意复杂曲面，由于球面的点对称性，非线型微分方程组，求解非常复杂，且不具备通用性，为此就要求我仅需确定球心相对于设计曲面的位置，一般勿须考虑刀具的姿态，们转换思路，去寻求更好的方法。这就给刀位确定带来了很大的方便。但是，球头铣刀的切削速度随1．2穷举法：在平面编程中有人采用计算机仿真的方法，即将工着趋近刀底部而趋近于零，这时球头铣刀相当于挤压被加工面，导件和刀具分别离散成多个截面，每个截面又离散成多个点，在每个致工件表面质量恶化，而且在一次走刀下加工的带宽较窄，严重制截面上，寻找出一系列的啮合点

6、，再将啮合点所在的截面与理论曲约了其加工的精度或效率。面进行比较，计算径向误差，然后将误差在插补节点上进行补偿，重本文以整体叶轮曲面造型及数控加工工艺研究等为核心内容，新模拟加工。如此反复计算误差大小，反复模拟，直到满足加工精度结合数控加工过程中的外延内容如几何建模等技术，对整体叶轮的为止。此种方法虽然在理论上比较容易理解，也充分利用了计算机五轴数控加工进行了较为全面的研究，借助UG完成了直纹面形式的处理数据的性能，但仍然存在很多重大缺陷：首先，复杂曲面数控的整体叶轮几何造型，并通过对整体叶轮在五坐标数控加工工艺规加工中的刀位轨迹往往是

7、空间曲线，而这里认为刀位轨迹是平面曲线，从而必然存在仿真误差；其次，将仿真过程与误差计算融为一创建三次B样条曲体，需要反复模拟加工才能求出满足精度的刀位轨迹点；再次，程序复杂，计算量大，运行时间长，没有充分发挥计算机仿真加工的优越创建叶片背面片体和叶片腹面片性。1．3三刀位仿真法：在螺杆的数控加工仿真中，何小妹提出了三延伸片体lI生成缝合面刀位仿真方法，其原理为：分别建立工件和刀具的数学模型，用计算机模拟工件和刀具的实际运动关系，首先根据包络原理，仿真出端截面的包络形状，在端截面上寻找径向最小点作为啮合初始点；再缝合经过螺旋方向的第二次

8、包络，即在初始点所在的螺旋线方向上，在给定的搜索区域内(即仿真带内)，寻找径向最小点，该点即为一个实际刀触点。将工件旋转一个角度，用同样的方法寻找下一个刀触生成叶片实Il生成轮毂曲点，直到完成一个周期内所有