基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinica0ct．252015V01．36No．103465．3474ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．crlDoI：10．7527／S1000—6893．2015．0218基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法韩飞燕，张定华*，张莹，吴宝海西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072摘要：在多岛屿特征机匣类零件的数控加工中，建立准确的加工工序模型是实现

2、该类零件智能加工的关键技术。为了获得多岛屿特征机匣类零件准确的加工工序模型，提出了一种基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法。首先，根据多岛屿特征机匣类零件的加工特征对建模过程中虚拟控制面约束的引入进行了分析，并结合虚拟控制面约束思想给出了拉格朗日超限插值的建模理论；然后，结合机匣类零件的几何特征确定了虚拟控制面的分布位置和几何形状的计算方法，在此基础上根据虚拟控制面建模理论构造了中间变形曲面，依据切削深度约束确定了工序模型，并对其进行了轨迹规划；最后，在一类多岛屿特征的机匣零件上对算法进行了验证，结果表明，本文方法能够根据机匣

3、零件加工特征分布情况有效地控制工序模型的几何形状，避免了同时处理多个加工特征所导致的工序曲面过早趋于复杂现象，为多岛屿特征机匣类零件的数控加工提供有效的工序模型，一定程度上降低了该类零件数控加工的工艺规划难度。关键词：机匣类零件；超限插值；虚拟控制面；工序模型；工艺规划中图分类号：V261文献标识码：A文章编号：i000—6893(2015)10—3465—10多轴数控铣削是加工多岛屿特征复杂机匣类零件的典型方法。目前，多轴数控加工通常包含粗一半精一精加工三个加工阶段[1]，每个加工阶段对应一个适用于刀具路径规划的工序模型，而这些工序模

4、型通常是在被加工零件理论模型的基础上，根据加工允差、误差补偿要求等，对理论曲面作等距偏置、变换处理所获得的。这种传统加工模型最大的缺点是不能预知加工过程，无法准确了解当前的加工余量。这对于大部分余量都要在粗加工阶段去除的机匣类复杂零件来说，传统的工序模型可能存在余量预估不准或者分布不均匀等现象，导致空走刀或者撞刀，从而影响产品的加工质量和效率，无法满足现代航空产品高效、高质的加工要求。因此，在航空类复杂机匣零件的多轴数控加工中，系统和深入地研究加工工序模型的建立方法，对于提高航空类复杂机匣零件的加工质量和效率具有重要意义。国内外学者对多

5、轴铣削加工复杂零件的工序模型做了很多研究工作。Duncan和MairEu提出平面片离散加工模型，该方法首先将曲面离散成四边片或者三角片，然后再进行刀具轨迹的计算。曹利新等[2。41对等距面偏置的工序模型生成方法开展了深入研究，偏置距离必须小于主曲率的曲率半径，否则偏置面可能产生自交或者裂缝。Saito和Takahashi[51提出了Z—Map模型，采用大量的Z—Map点构成物体的工序模型，但对几何形收稿日期：2015．07—10；退修日期：2015-07—31；录用日期：2015—08．02；网络出版时间：2015．08．0509：09

6、网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V201508050909002．htmI基金项目：国家“973”计划(201308035802)；国家自然科学基金(51305353)*通讯作者．Tel：029—88493232—411E-mail：dhzhang@nwpuedu．cn礅用椿武：HanFY．ZhangDH，ZhangY。eta1．Amethodofgenerateintermediateprocessmodelsforcasingpartsbasedonvirtualcontrolsurface

7、constraints[JJ，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(10)：3465—3474．韩飞燕．张定华，张莹．等÷基于虚拟控翻面约柬的机匣类零件I序模型建立方法￡J]．航空学报．2015．36(10)：3465-3474．航空学报Oct．252015VoI．36No．10状的离散表达会丧失几何精度。Choi等嘲提出等步长的EZmap模型，但是等步长的EZMap点不能真实反应曲面的边界和角点信息。为此，闫光荣[7]采用变步长的EZMap点，该类点能够准确记录曲面的边界和角点信息。上

8、述各类工序模型都是从计算轨迹的角度出发建立的，是以加工余量作为加工的基础而忽视了在实际加工中刀具切削量的大小，可能导致空走刀或者刀具断裂现象。新的智能加工必须使用新的工序模型，陈杉和闫光荣[83提出了一种新