自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

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基于五轴联动机器人的自由曲面加工技术研究

基于五轴联动机器人的自由曲面加工技术研究

基于五轴联动机器人的自由曲面加工技术研究自由曲面加工技术是现代制造业中的重要一环,可以应用于航空、汽车、船舶等各个领域。

而基于五轴联动机器人的自由曲面加工技术则是目前最先进和广泛应用的加工方法之一。

本文将针对这一任务名称进行详细阐述。

首先,了解五轴联动机器人的概念。

五轴联动机器人是指具有五个旋转轴的机器人,通常由一个固定基座和一个手臂组成。

这五个旋转轴使得机器人能够在三维空间中执行复杂的运动和加工任务。

在自由曲面加工技术中,五轴联动机器人的优势主要体现在以下几个方面:1. 多轴灵活控制:五轴联动机器人可以通过控制各个旋转轴的运动,实现机器人末端工具在三维空间内的任意位置和姿态变化。

这种灵活性使得机器人能够适应各种复杂的曲面形状,并进行精确的加工。

2. 良好的稳定性:五轴联动机器人采用多个轴的结构,相比于三轴或四轴机器人具有更好的稳定性。

在曲面加工过程中,机器人需要保持稳定的加工力和切削速度,以确保加工效果和质量。

五轴联动机器人能够更好地满足这一要求。

3. 高效的加工能力:五轴联动机器人能够同时进行多个合理的轴运动,从而在较短的时间内完成复杂曲面的加工。

这种高效性使得生产效率得到提高,并能够满足大批量生产的需求。

4. 精度控制:五轴联动机器人可以通过自动化的控制系统实现高精度的运动和加工过程。

控制系统能够精确控制每个旋转轴的运动范围和速度,以及机器人末端工具的位置和姿态。

这使得机器人能够在不损失加工质量的前提下,提高加工精度。

在基于五轴联动机器人的自由曲面加工技术研究中,需要考虑以下几个关键问题:1. 曲面建模与加工路径规划:为了实现对复杂曲面的加工,首先需要对曲面进行建模。

这可以通过CAD软件等工具来完成。

然后,根据建模结果,需要进行加工路径规划,确定机器人在加工过程中的运动轨迹。

这需要考虑加工工具的尺寸、刀具路径优化等因素。

2. 刀具选择与切削参数优化:根据加工要求和曲面特点,需要选择合适的刀具。

五轴数控加工关键技术综述

五轴数控加工关键技术综述

五轴数控加工关键技术综述摘要五轴机床在曲面加工中的应用已经有30多年,但是由于曲面加工的高度复杂性,关于五轴加工的基本理论还没有完整地建立起来,因此目前的CAM系统都不得不采用一些简化的、近似的方法,这使得零件的加工质量和加工效率受到了严重的制约,所以国内外关于五轴刀位优化的研究一直都是热点。

近年来,在复杂曲面的数控加工方面取得了很多研究成果,主要讨论生成几何刀轨的关键技术。

刀轨生成的关键技术主要包括刀轨规划技术、刀位优化技术、干涉检查技术、刀轨光顺技术和刀具优化技术等。

因此对这些技术进行了深入的研究和总结,介绍了刀轨驱动的相关理论,将刀轨分为刀轨拓扑、刀位驱动点和刀轨驱动线几个要素,进行逐个分析,并且介绍了几种典型刀轨驱动方法。

关键词:数控五轴复杂曲面刀轨AbstractFive-axis machine tool has been applied in surface machining over30years.However, due to the high complexity of surface machining,the basic theory of five-axis machining has not been fully established.So some simplified and approximation methods are adopted in the current CAM systems,which severely restrict the machining quality and efficiency.Thus,the techniques in five-axis machining have become hot issues for a long time.In recent years, many research results have been achieved in the numerical control machining of complex surface,The key techniques in five-axis machining is discussed in this paper.The key techniques in five-axis machining include tool path topology,tool position optimization, interference checking,tool path smoothing and tool geometry optimization and so on.Some techniques are in-depth researched in this thesis,tool path driven theory is proposed,which divides tool path into three elements including tool path topology,tool position driven point and tool path driven curve,and several typical tool path driven methods proposed by the research group are introduced.Key Words:NC,5-axis,Sculptured surfaces,Tool path目录第一章前言 (1)第二章刀轨规划技术 (1)2.1刀轨拓扑规划 (1)2.2走刀步长计算 (4)2.3加工行宽与行距计算 (5)第三章刀位优化技术 (7)第四章干涉检查技术 (12)4.1局部干涉 (13)4.2全局干涉 (13)第五章刀具选择 (14)第六章刀轨光顺 (14)总结 (15)参考文献 (15)第一章前言近年来,在复杂曲面的数控加工方面取得了很多研究成果,这里主要讨论生成几何刀轨的关键技术,不考虑前期的曲面造型及处理技术,也不考虑后期的后置处理技术。

NURBS曲面五轴加工刀具路径规划技术研究

NURBS曲面五轴加工刀具路径规划技术研究
a c c o u n t t h e e ic f i e n c y wh i l e ma x i mi z i n g t h e wo r k i n g a c c u r a c y .T h r o u g h t h e c o mp a r i s o n b e t we e n t h e p r o c e s s i n g e x p e r i me n t s a n d
a n d wo r k i n g a c c u r a c y . Ke y Wo r d s :NURBS To o l P a t h P l a n n i n g 5 - Ax i s P r o c e s s i n g I s o p h o t e
沈 阳 1 1 0 8 1 9
沈 阳 1 1 0 1 5 9

要: 提 出 了基 于等 照 度 线 的 刀具 路 径 规 划 方 法 , 采 用等 照度 线 对 曲 面 进 行 分 区 , 根 据 曲 面 特 征 采 用 不 同 的刀 具 路
径规划方法 , 兼顾 效 率 的 同 时尽 可 能提 高加 工精 度 。通 过 加 工 实验 与 传 统 刀 具路 径规 划 方 法进 行 对 比 , 表 明 本 方 法在 加 工
效 率 和 加 工 精 度 方 面 都 优 于传 统 方 法 。
关键词 : N U R B S 刀 具 路径 规 划 五 轴 加 工
等照 度 线
中图分类号 : T H1 6 2 ; T P 2 7 3
文献标识ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ : A
文章编号 : 1 0 0 0 — 4 9 9 8 ( 2 0 1 4 ) 0 2 — 0 0 0 5 — 0 5

基于曲面分片的五轴刀具轨迹规划

基于曲面分片的五轴刀具轨迹规划
DO NG J i a q i .Z HANG P i n g
( F a c u l t y o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,
n i n g e ic f i e n c y c a n b e i mp r o v e d e f e c t i v e l y w i t h t h e d e v e l o p e d a l g o i r t h m. Ke y wo r d s :F i v e — a x i s ma c h i n i n g ;P i r n c i p l a c u va r t u r e s ;S u r f a c e s u b d i v i s i o n ;T o o l p a t h p l a n n i n g
精度 。由于五轴数控机床 比统三轴机床多 了两个旋
转 自由度 ,刀轴姿态更加灵活 ,增加 了刀具路径规划 的难 度 ,在 五 轴数 控加 工 中如何 生成 无 干涉 、无 过 切 、高效 的刀具路径 已经成为必须解决 的至关重要的
刀具轨迹 的规划是数控加工技术 的关键 ,能否 生 成有效的刀位轨 迹将直接决定加工 的可能性 、效率和
域 内进行 刀具轨迹规划 和姿态优化 ,以提高复杂参数 曲面数控加工的效率和精度 。 1 . 1 曲 面特 性 数控加工是在复杂 曲面造型 的基础上进行 的。由
于N U R B S方法具有众 多 的优点 ,国际标准化 组织将
p a t c h e s o f r n u me r i c a l c o n t r o l( N C )m a c h i n i n g .E x p e i r me n t s w e r e c o n d u c t e d f o r p a t h c a l c u l a t i o n ,a n d r e s u l t s s h o w t h a t t h e m a c h i -

机械毕业设计1098螺旋桨的五轴NC加工刀位轨迹规划论文

机械毕业设计1098螺旋桨的五轴NC加工刀位轨迹规划论文

目录1 前言.......................................................................................· (1)1.1选题的依据及意义.........................................................··.........·1 1.2国内外研究概况及发展趋势.......................................··· (1)1.3研究内容及实验方案................................................··· (3)1.4论文主要工作..................................................................··· (3)2 自由曲面零件五坐标数控加工基础…………………………………···42.1基本概念...........................................................................···· (4)2.2自由曲面五坐标数控加工的刀轴控制方式………………………………····52.3五坐标联动数控加工的成型方式.............................................··· (6)3 螺旋桨数控加工工艺分析...................................................·······7 3.1.选择材料和确定毛坯...............................................................· (7)3.2选择定位基准 (7)3.3 拟定加工路线 (7)3.4 确定工序具体内容............................................................·...··· (8)3.5确定加工坐标系...............................................................·......···9 3.6刀具类型及参数 (10)3.7 切削参数...........................................................................·· (14)4 螺旋桨加工刀具轨迹规划和刀路模拟..............................·········16 4.1螺旋桨粗加工刀位计算方法与刀具路径规划 (16)4.2螺旋桨精加工研究及刀路轨迹规划 (20)4.2.1螺旋桨桨叶精加工刀位规划......................................................·21 4.2.2轮毂加工的刀位规划.........................................................· (24)4.3 螺旋桨加工刀路的模拟.........................................................··· (25)4.4螺旋桨叶片加工的数控程序 (29)5总结与展望……………………………………………………………………··33参考文献……………………………………………………………………····…···341前言1.1选题的依据及意义螺旋桨是一类典型的自由曲面零件,螺旋桨是推进器中效率比较高,应用最广的一种,其主要功用是使机器前进和后退,有时也协助机器回转。

基于CimatronE自由曲面五轴加工技术的研究

基于CimatronE自由曲面五轴加工技术的研究
理, 后处理完成之后 系统将产生一个 程序文件 , 使用记事本打
开 即可 以看 到 N C程序 。
针对该叶轮单个叶片形面加工的解决方案 , 开粗加工采用 5轴航空铣 , 刀具选择 1 号锥形环形刀 , 曲面路径设置 为两曲线
5 总 结
由于五轴 加 工能够 对 自由曲面进 行 高精度 加工 ,通 过
数学 方 法 。
整体叶轮作 为发动机的关键部件 , 对发动机的性能影响很 大, 其加工成为提高发 动机性能的一个关键环节 。 叶轮 ( 从 如图
1的结构来看 , ) 其叶片型面部分为复杂曲面 , 各部分的曲率 、 扭
转变化较大。作为动力装置的重要部件 , 零件本身 的精度和质 量有很高的要求。 在加工叶轮 的过程中不仅要保证叶片表面 的
刀具名称 刀具直径 刀具R角 加工采■
3 Dt1 IR l D, S n 1 0 3 ' 饥S O1 . O
主轴转遵
f ∞ a ∞ 0 o 5 ∞ O
浩给■
2 ∞ 10 00 'o oO
类型为靠近点。选择刀具切削刃参与干涉检查 , 同时选择导动
季业益 , 书娟 孙
( . 州工 业职 业技术 学院 , 1苏 江苏 苏州 2 0 4 . 建设 交通高 等职业 技术 学校 , 苏 苏州 1 0 ;2苏州 5 江
2 0 4) l 0 5
【 摘 要 】 自 面 由曲 加工 是产 品加工中 杂的一类, 最复 通常需 要多 联动加工。 轴 本文 介绍了自 由曲面 数控加工 技术及基于
20 0 9年 1月
广 西 轻 工 业
GuA NGx IJ 瓜 NA L LI HT NDu s 0I oF G I TRY
第 1 ( 期 总第 1 2期 ) 2

五轴数控加工中的刀具轨迹优化方法研究

五轴数控加工中的刀具轨迹优化方法研究

五轴数控加工中的刀具轨迹优化方法研究五轴数控加工是一种高精度、高效率的加工方法,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

在五轴数控加工过程中,刀具的轨迹优化是提高加工质量和效率的关键。

本文将就五轴数控加工中的刀具轨迹优化方法进行研究,并探讨其在实际应用中的效果和影响因素。

刀具轨迹优化是为了减少加工过程中的切削力、切削温度和切削振动,同时提高加工质量和加工效率,降低加工成本。

在五轴数控加工中,刀具需要按照预定的路径精确地移动,实现对工件的精确加工。

刀具轨迹优化方法的研究就是为了找到一种最佳的刀具移动路径,以减少切削力和切削温度,提高加工精度和表面质量。

目前,有许多刀具轨迹优化方法被广泛研究和应用。

其中,基于几何建模的刀具轨迹优化方法是一种常用的方法。

该方法通过对工件几何特征进行建模,确定刀具移动路径,以达到提高加工效果的目的。

然而,该方法存在一些问题,如计算复杂度高、对工件形状要求较高等。

因此,有学者提出了基于优化算法的刀具轨迹优化方法,如遗传算法、粒子群算法等。

这些方法通过优化算法来寻找最优路径,以实现在不同目标下的刀具轨迹优化。

此外,还有一些刀具轨迹优化方法是针对特定工件形状和切削条件而设计的。

例如,根据工件的曲面形状和切削条件,可以采用仿真模拟方法对刀具轨迹进行优化。

这种方法可以通过仿真预测出切削力和切削振动的情况,进而确定最佳的刀具轨迹。

另外,还可以利用神经网络等人工智能方法对刀具轨迹进行优化。

刀具轨迹优化方法的选择与具体加工任务和加工要求密切相关。

在实际应用中,需要考虑工件形状、材料、切削条件、加工精度要求等多个因素。

例如,在加工曲面工件时,由于曲面的复杂性和非直线性,需要采用基于数学模型的方法对刀具轨迹进行优化。

而在加工直线形状的工件时,可以采用基于优化算法的方法进行刀具轨迹优化。

此外,还可以结合多种方法,综合考虑不同因素来进行刀具轨迹优化的研究。

刀具轨迹优化方法的研究在提高五轴数控加工效率和质量方面具有重要意义。

模具设计与制造自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨

模具设计与制造自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨

收稿日期:!"""#!!#$$李小平:男,%&岁,硕士,讲师自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨迹的计算方法&%’’(&武汉市华中理工大学李小平喻道远汤漾平段正澄摘要提出了一种在参数坐标系下自适应步长和行距的计算方法,该算法考虑了不同刀具接触点处的曲率差异,在满足加工精度和粗糙度的前提下,又能有效地提高加工效率。

该算法适合加工汽车车身模具等曲率变化大的曲面。

文中还给出了刀位计算公式。

关键词平头立铣刀自由曲面五轴数控加工刀具轨迹!"#$%&’()*+,&’-#$-.$#)("%/0#1(2-.))3’4#)*&"2-.$4).’352.’,#-326()*,$#)03"5+($$("%-.))3’7(8(#&4("%,9.:#&;.#",<#"%9#"%4("%,:.#"=*3"%-*3"%!>2)’#-):)*+,-.-/0-0/,/12,.1/3.4560+2*768.9.-2+:/,2/-4/152*,.19-.2*+12/0:.461-.0.;7/20+<<6609+1.2/,=,2/7>?,2*/.4560+2*7<61,+9/0,2*/0.9+@,682*/<@0:.2@0/9+88/0/1</A /23//19+8;8/0/12<@22/0<612.<2-6+12,,,6+2<.1+7-06:/7.<*+1+15/88+<+/1<=.192*/.<<@0.<=682*/8+1+,*/9,@0;8.</>)*+,.4560+2*7+,,@+2.A 4/8607.<*+1+15,<@4-2@0/9,@08.</>?7/2*6968<.4<@4.2+15<@22/046<.;2+61-6+12+,.4,6-0/,/12/9+12*+,-.-/0>?3;@&’52:84.2#/197+44+15<@22/0,,<@4-2@0/9,@08.</,B #.C +,D E7.<*+1+15,<@22/0-.2*A 前言自由曲面在模具中应用非常广泛,如汽车车身模具、塑料模、叶片锻模、铸模等,大都包含自由曲面(以下简称曲面)。

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W U o a LUO i ZHANG ng LIS a ZHANG n h a Ba h i M ng Yi h n Di g u
( yL b rtr f o t oa ei dIt rtd n fc r gT c n lg f Ke aoa yo ne rr D s na e a uat i e h oo yo o C mp y g n n g e Ma un Mii r f d ct n Notwet nP lt h i l ies- Xi n7 0 7 ) ns yo E u ai , r t o h s r oye nc vri , ’ 1 0 2 e c a Un t y a
曲面 的二
形 式 的针 对 平 面
等 垆J 发 展 了 这 种 方 法


坐 标加 工 而 其他 刀 具 类 型 主 要

阶泰勒 展 开 式进 行 推 导

给 出 了解 析
用于五 坐 标加工 中

凸 曲面

凹 曲面 三
6
轴球 刀 加 工 的
本 文 回 顾 了 近 年 来 自由 曲面 的 五 坐 标 端 铣 加
在 对 球 形 刀 端铣 加 工 的研 究 中 的三 轴 球 刀 加 工 中
推 导 出 了走 刀 步 距


SUR E SH
等一

分 为 多坐 标 端铣 加 工 和 多坐 标侧 铣 加 工
球头刀

首 次 将 等 残 留高 度 加 工 的概 念 系统 地 引 入 自由 曲面

环 形 刀 和 端 铣 刀 主 要 用 于 多坐 标 端铣 加 工 中
p itd o tta h urn e erh a he e nsc n o o ltl aif h n ie r g a piain i ep c fu ies l , one u t ec re t s ac c iv me t a n tc mpeeys t y tee gn ei p l t n rs e to nv rai h t r s n c o y t sa it n aii , n a h e er ho eto ahpa nn o -xssupu e u Nc c iigs o l r c e o t e tblya dv l t a dt t er sac f o l t l igfr a i c ltrds i dy h t h t p n 5 r emahnn h udpo ed f m r h
而圆
根据 曲面 的
L IN

阶泰勒 展 开 式

柱 或 圆锥 形 的平底 棒铣 刀 球形 刀 适 合于
3 5


环 形 棒铣 刀 及 球 形 棒 铣


残 留 高度 以及 曲面 曲率 之 间 的

刀 则 主 要 用 于 多坐 标侧铣 加 工 中

在端铣 加 工 中

关系 提 高 了加 工 效 率 采用
d f c l t ln t et o ah . mi g a e k y tc n q e n t ef l f n l n , a k mi ig a dc l so n l sso 一 x s i u t o p a o l t s Ai n t h e h i u si e d o d mil g f n l n n o l in a ay i f a i i h p t e h i e i l l i 5

走 刀 步 距 和 走 刀 步 长 在 笛 卡 尔 坐 标 系 和 参数 坐 标系
中 的表 达 式

。Leabharlann 侧 铣 加 工 以及 碰 撞 干 涉 分 析 方 面 的研 究 进 展


SARM A
等 [ 1在 球 头 刀 的 等 残 留高 度
加工 理论和 加工方 法 。所 谓多坐标 加工是 指在三坐
杂 、精度要 求高且难 以用数 学表达 式精确 表示 ,其
国 防基础 科 ̄ (0 000 1) 航空 科学 基金 (5 3 8) 助项 目。 ) K 54 252和 T 0H50 0资 20 10 到初稿 ,200 2 到修改稿 0 729收 0 860收
五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度 出发, 在更为广域的刀具影响空间研究刀具同 自由曲面之 间的几何
啮合 关系 ,同 时 需要 考 虑机 床 的运 动学 和 动 力 学特 性 以实现 五 坐 标 机床 的高 速 和 高效 运 行 。 关键 词 : 自由曲 面 五 坐 标加 工 端铣 侧铣 碰 撞 干 涉
中图 分类 号 :T 3 1 P 9. 7
Ad a c si o t a n n c n q e o - x s v n e To l n Pa h Pl n i g Te h i u sf r5 a i
M a h n n fS u p ur d S f c s c i i g o c l t e ur a e
Ab t a t F v — x s n me i a c n r lma h n n s a fe t e me n o i r v h c i ig q a i n f ce c f t e sr c : i e a i u rc l o to c ii g i n e fc i a s t mp o e t e ma h n n u l y a d e in y o v t i h
s up u e u fc . we e , h o lx t so e s u p u e u f c h p n h - x sma h n o v me t k t ey c l tr d s ra e Ho v r t e c mp e i e ft c lt r d s ra e s a e a d t e 5 a i c i e t l i h o mo e n ma e i v r
加 工一直 是生产 中的难题 。它不 仅促使 了数控加 工
0 前 言
现代 工业 的飞速发展 对产 品的性 能 、外观 提 出 了更 高 的要求 ,因此 自由 曲面在航 空航 天 、造 船 、 汽 车 、能源 、国防等 行业 获得 了广泛 的应 用【。所 l J
谓 自由曲面是 指那些 不 能由初等解 析 曲面组成 ,而 以复杂方式 自由变化 的 曲面 。 自由曲面 一般形状 复
复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难 。针对 自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工 以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述 了近年来 自由曲面五坐标数控加工领域 刀具轨迹规划技术 的研究进展和现状 。 结合 自由曲面数控加工的工程实用性要求,分
析 了当前 研 究 中 存 在 的不 足 ,指 出 目前 的研 究 成 果 在通 用 性 、稳 定 性 和 有 效 性方 面 尚不 能 完全 满 足 工程 应 用 ,认 为 自由 曲面
标联动 以上 的数控机床 上完成 的加 工 。所用 的刀具 包括球 头刀 、环形 刀、端铣 刀 、圆柱形和 锥形 的平 底棒铣 刀 、环 形棒铣 刀 以及各种有 针对性 的专 用刀
IO







44
卷第
10



根 据 刀 具 在 加 工 过 程 中所 用 的 切 削 刃 不 同




第4 4卷 第 l 期 O






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Ot c. 2 8 0 0
20 年 1 月 08 0
CHI NESE J OURNAL OF M ECHANI CAL ENGI NEERI NG
Dol l . 0 / M E.0 .0.0 : 039 1 J 2 08 1 0 9
v e o n ft r e d me s n , n e g o  ̄ c lme h n e ai n hp b t e h u tra d t e su p r d s ra e s o l e i wp i to e i n i s a d t e me a h o h s i g r lto s i ewe n t e c t n h c l t e u f c h u d b e u r s a c e d rc r r n u n es a e. e n i , h i e t sa d d n misc a a trsis f - x s c i et o s b e e h d i awi e u e f e c p c M a wh l te k n mai n y a c h r ce it a i ma h n l r n il e c co 5 o mu t e tk ni t c o n u ig t et o ah p a n n r c s r e c iv ih s e d a d e ce tr n i go - x s c i et o . a e o a c u t r l t l n ig p o e si o d r oa h e eh g p e n f in u n n f a i h n 1 n d n h o p n t i 5 ma o Ke r s S up u e u fc s 5 a i ma hn n E d mi i g F a k m l n Co l in i tr r n e y wo d : c lt rds r a e -x s c i ig n ln ln l g l i i lso e e e c i n f
自由曲面 五轴 加工 刀具 轨迹规 划 技术 的研 究进 展冰
吴 宝海 罗 明 张 莹 李 山 张定华
f 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 707) 10 2
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