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1、模具型腔自由曲面非球面刀具三轴无干涉铣加工轨迹的生成算法研究上海交通大学硕士学位论文模具型腔自由曲面非球面刀具三轴无干涉铣加工轨迹的生成算法研究姓名:王大川申请学位级别:硕士专业:机械工程指导教师:钟廷修;俞启荣20030401摘要在汽车工业中,模具型腔中自由曲面数控加工无干涉刀位轨迹的自动生成,是技术中的关键问题。而现有的数控编程系统和/软件只能够确保生成球面刀三轴联动数控加工无干涉刀位轨迹。当今世界上数控加工中心使用最为频繁的通用型铣刀有三种:球头刀、平头端铣刀和圆弧端铣刀。球头立铣刀以其程序编制简便、干涉检查方便的优势,一直是模具型腔自由曲面加工中最主要的工具,但是由
2、于切削性能和修正刃磨的一些局限性,使之难以保证有效的加工效率与表面加工质量。而采用平底立铣刀可以有效地弥补球头刀的这些问题,因此平头刀的使用范围越来越广。国际上在对模具型腔的实际加工中,多采用以圆弧端铣刀又可称为环形刀或圆鼻刀为代表的非球面刀来替代球面刀,使之成为在三轴联动数控机床上完成模具空间自由曲面的加工中使用最为频繁的刀具。鉴于这一现状,推导出非球面刀具三轴加工无干涉刀具轨迹的生成算法已经是势在必行。本文的研究内容和拟解决的关键问题是:①结合当今世界上对于数控加工刀具轨迹干涉处理的不同流派的原理方法的优点,并进行一定程度的优化和创新,创造出自己对数控加工刀具轨迹啃切干
3、涉和碰撞干涉的一套检测和处理方法。②建立数学模型,推导出确定空间自由曲面非球面刀无干涉的加工轨迹生成的计算方法。本文的核心思想和研究目的是:针对圆弧端铣刀的特殊形状,提出如何利用平头立铣刀在模具空间自由曲面的数控编程中,进行被加工曲面的干涉检测、过切处理以及如何使用被加工曲面的参数表达式求出无干涉加工轨迹的生成算法。本文的研究方法是:①采用曲面模型一刀具接触点数据一无干涉刀位点数据的刀位计算方法。具体的说,就是建立数学模型,使用刀具偏置算法推导出求非球面刀具的无干涉加工点的计算公式。它首先生成不考虑干涉问题的数据,然后通过干涉的检测与处理,转换为无干涉的刀位数据。②在已经成
4、熟的球面刀具干涉检测和处理算法的基础上,对模具型腔自由曲面三轴加工中平头刀的刀具轨迹的干涉方式和产生原因进行分析,将干涉处理从传统的三维空间问题分解为个二维空间问题,并提出相应的干涉处理方法。该算法具有干涉处理彻底、处理效率高等优点。本文的创新点是:①推导出最为典型的非球面刀具一圆弧端铣刀的无干涉加工点的计算公式;②将刀具干涉检测和处理从传统的三维空间内的处理转换成为个二维平面内的处理,极大地降低了计算强度和计算复杂程度,非常有效地提高了干涉处理效率。最后,在本文的实例验证中,利用本文的算法所求出的加工指令,在对美国道奇减速箱壳体压铸模具型腔进行数控加工时,避免了以前曾经发
5、生过的干涉现象,有效地保证了模具和刀具的使用寿命,消除了由此对数控加工中心的负面影响,节省了一大笔费用。关键词非球面刀具,刀位轨迹,空间自由曲面,干涉检验,三轴加占鲞銮煎叁堂三壅塑±堂焦迨主塑型蕉自鱼堂重韭塑亟盈墨兰垫垂±塑堡垒兰塾堕煎垒盛差鲞壁霾脚℃雹枷矾.Ⅺ嘲Ⅱ。?瓜服州皿&’咖’?,。?‘’../.,.,.,.’.,?...,?’&,??.,,?..’.,??,.,.,.,’,.,,.,,.?,,,,上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,。独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
6、集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:王大日期:加哆年年可日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密区在蝥解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。请在以上方框内打“√学位论文作者签名:王大将
7、刻警镁日期:力奶年年月日期:矿四年乒月/矿日第一章绪论.课题研究的意义..引言,简称加工自动编程是指利用自动编程系数控统,使用人机交互、菜单选择的方式,进行零件加工程序的编制,并利用数控系统自动生成数控机床的数控加工代码,从而控制数控机床加工出合格的零件来。随着/集成化的发展,一个理想的系统应具有“自动加工功能,即当输入加工零件的数学模型、所用机床及相关的加工参数后,系统能自动地输出加工方案、加工工艺及刀具路径。系统的“自动加工”功能要变成现实,在数控加工自动编程中仍有许多关键性问题亟待解决,其中一个最为基本的问题
