模具型腔自由曲面非球面刀具三軸無(wú)干涉銑加工軌跡的生成算法研究.pdf

1、在汽車工業(yè)中，模具型腔中自由曲面數(shù)控加工無(wú)干涉刀位軌跡的自動(dòng)生成，是CAM技術(shù)中的關(guān)鍵問題。而現(xiàn)有的數(shù)控編程系統(tǒng)和CAD/CAM軟件只能夠確保生成球面刀三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工無(wú)干涉刀位軌跡。 當(dāng)今世界上數(shù)控加工中心使用最為頻繁的通用型銑刀有三種：球頭刀、平頭端銑刀和圓弧端銑刀。球頭立銑刀以其NC程序編制簡(jiǎn)便、干涉檢查方便的優(yōu)勢(shì)，一直是模具型腔自由曲面NC加工中最主要的工具，但是由于切削性能和修正刃磨的一些局限性，使之難以保證有效的加工

2、效率與表面加工質(zhì)量。而采用平底立銑刀可以有效地彌補(bǔ)球頭刀的這些問題，因此平頭刀的使用范圍越來越廣。國(guó)際上在對(duì)模具型腔的實(shí)際加工中，多采用以圓弧端銑刀（又可稱為環(huán)形刀或圓鼻刀）為代表的非球面刀來替代球面刀，使之成為在三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上完成模具空間自由曲面的NC加工中使用最為頻繁的刀具。鑒于這一現(xiàn)狀，推導(dǎo)出非球面刀具三軸加工無(wú)干涉刀具軌跡的生成算法已經(jīng)是勢(shì)在必行。 本文的研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題是：①結(jié)合當(dāng)今世界上對(duì)于數(shù)控加工刀具

3、軌跡干涉處理的不同流派的原理方法的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)行一定程度的優(yōu)化和創(chuàng)新，創(chuàng)造出自己對(duì)數(shù)控加工刀具軌跡啃切干涉和碰撞干涉的一套檢測(cè)和處理方法。②建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出確定空間自由曲面非球面刀無(wú)干涉的加工軌跡生成的計(jì)算方法。 本文的核心思想和研究目的是：針對(duì)圓弧端銑刀的特殊形狀，提出如何利用平頭立銑刀在模具空間自由曲面的數(shù)控編程中，進(jìn)行被加工曲面的干涉檢測(cè)、過切處理以及如何使用被加工曲面的參數(shù)表達(dá)式求出無(wú)干涉加工軌跡的生成算法。

4、本文的研究方法是：①采用曲面模型→CC（刀具接觸點(diǎn)）數(shù)據(jù)→無(wú)干涉CL（刀位點(diǎn)）數(shù)據(jù)的刀位計(jì)算方法。具體的說，就是建立數(shù)學(xué)模型，使用刀具偏置算法推導(dǎo)出求非球面刀具的無(wú)干涉加工點(diǎn)的計(jì)算公式。它首先生成不考慮干涉問題的CC數(shù)據(jù)，然后通過干涉的檢測(cè)與處理，轉(zhuǎn)換為無(wú)干涉的刀位數(shù)據(jù)。②在已經(jīng)成熟的球面刀具干涉檢測(cè)和處理算法的基礎(chǔ)上，對(duì)模具型腔自由曲面NC三軸加工中平頭刀的刀具軌跡的干涉方式和產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，將干涉處理從傳統(tǒng)的三維空間問題分解為2個(gè)

5、二維空間問題，并提出相應(yīng)的干涉處理方法。該算法具有干涉處理徹底、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是：①推導(dǎo)出最為典型的非球面刀具—圓弧端銑刀的無(wú)干涉加工點(diǎn)的計(jì)算公式；②將刀具干涉檢測(cè)和處理從傳統(tǒng)的三維空間內(nèi)的處理轉(zhuǎn)換成為2個(gè)二維平面內(nèi)的處理，極大地降低了計(jì)算強(qiáng)度和計(jì)算復(fù)雜程度，非常有效地提高了干涉處理效率。 最后，在本文的實(shí)例驗(yàn)證中，利用本文的算法所求出的NC加工指令，在對(duì)美國(guó)道奇減速箱殼體壓鑄模具型腔進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，避