曲面加工过程切削负载自适应新策略及其关键技术研究

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1、曲面加工过程切削负载自适应新策略及其关键技术研究摘要，蛐面加【在模具、汽下、E机、船舶和动力没备等的制造中具有重要地位，也一直是数控技未和cAD／CAM的土要应_L}』和研究对象。随着世界范闻内市场竞争的日益加剧，迅速提高曲面产鼎的加1．速度和加I：精度，实现高速高精度曲面加工，成为制造业的迫切要求。不断提高的加上速度，对加工过程中切削负载的有效控制提出了越来越高的要求。同时，通过对加¨立程中切削负载的自适应控制，还可以进一步提高曲面产品的加丁效率和加I：质最，降低加f：成本。冈此，结合曲面加T技术的

2、最新进展，研究高速高精度曲面加1‘中的切削负载白适应控制策略和算法，无疑具有重要的现实意义和实用价值。，本文对曲面插补技术、加工过程自适应控制技术、基于加工过程仿真和传统Nc程序优化的自适应方法进行了全面的总结和分析，指出，曲面实时插补克服了传统曲面加工摸式存在的缺陷，在高速高精度曲面加工中有着巨大的优势和潜力，然而，目前的切削负载自适应方法均不适应曲面实时插补加工过程。针对这一问题，本文首次提出了集成于曲面实时插补算法的切削负载自适应策略。即通过在曲面实时插补算法中嵌入加丁T=况在线仿真与进给速度自

3、适应处理模块，研究开发具有切削负载白适应控制功能的自适应曲面插补器。该白适应策略的提出，不仅很好地解决了曲面实时插补加工过程中切削负载自适应控制的问题，也使曲面实时插补技术的研究提高到了一个新的水平。本文分析了白适应曲面插补器中加二【．1：况在线仿真的要求和特点，首次提山了改进的球头铣刀三轴加’I：过程平均切削力模型和基于z．map的平均切削力仿真算法。在此基础上，提出了切削负载自适应控制的曲面实时插补系统的模块结构和算法流程，并详细论述了进给速度自适应计算原理、进给速度平滑控制原理和算法。f在自适应

4、曲面实时插补算法理论研究的基础上，本文首次对加工过程切削负载自适应控制舸曲面cNc直接加_丁系统进行了研究和探讨，给出了系统的硬软件结构和任务划分，论述了系统的工作原理和运行过程。本文分析了曲面零件铣削加上的过程和特点，指出，高表面质量要求曲面的精加T=过程要求同时保证均匀的切削负载和稳定的进给速度，现有的加工过程切削负载自适廊方法，要么不适应这一特点，要么难以实现。针对这个问题，本文创造性地提出了通过控制半精加l：余量的分布来实现曲面产品恒切削力精加工的切削负载白适应策略，并称之为等切削力余量模型方

5、法。该方法的实现既不需要改变机床的进给速度，义不需要特别复杂的数控编程技术，也不需要一套专fJ的切削负载实时测量和控制装置，更不存在响应速度方面的问题，因而在高速高精度曲面加工中有着良好的应用前景。曲面铣削过程切削力仿真技术是等切削力余量模型构造中的一个关键技术，本文以自由曲面球头刀具二轴铣削加f．过程为例，对这一问题进行了深入的研究和论述。首次提出了基丁实体造型技术的自由曲面球头铣刀三轴加J二过程三分量铣削力仿真方法：用基于uGIl的实体造型技术表示J：件、刀具、刀具扫描体以及被切除材料实体，用分段

6、二次NuRBs曲线表示刀具切削刃，通过NuRBs曲线和被切除材料实体之间的求交运算抽取参与切削的切削刃片段；基r切削力与切屑儿fuJ之问的经验式系，用数值积分方法建立了球头铣刀三分颦铣削力模型；在径向来变形切屑厚度公式的推导中，考虑了刀具进给运动的二维特点；在铣削力系数模刑中考虑r切屑厚度变化列铣削力影响的指数关系和铣刀球头部分彳：同位置切削微元的切削条件不同的特点。实验证明，该仿真方法是正确、可靠的。根据反算山的、r精加】：余昔分布和精加[曲面模型，建立精加【前，即半精加l：曲面的模，H是曾切削力余

7、量模犁构造中的一个重要环节。本文的研究表明，这是一个与计算儿何中的曲面拟合问题、反向J：稃中的曲面建模问题相类似，而义具有自身特点的问题。为此，本文对曲面表示、曲面拟合以及反向l：程中的曲面建模技术进行了详细的总结和1分析。在此基础上，提出并论述了等切削力余餐模型构造中半精加工曲面建模问题的两种解决方案。在上述理论研究雨J开发]：作的基础上，本文在uGII平台上建立了一个构造曲面产品等切削力余量模型的原型系统ccFAMcs，并通过实例具体说明了应用ccFAMcs构造曲面产品的等切削力余量模型的方法和过

8、程。本文对等切削力余量模型方法进行了实验研究。实验结果表明该方法可以有效地用丁曲面精加I：过程切削负载的控制。，最后，本文对所提出的两种切削负载白适应策略的关系进行了论述。指出，除了根据曲面加1_=要求侧重点的不同分别选用～种自适应策略外，还可把两种白适应策略结合起来使埔。‘●关键词：曲面加主自适应策略自适应曲面插补器等切削j搽量模型切削舅建模与仿真曲面建模‘n●ResearchonNewStrategiesandKeyTechnologiesforSu