复杂曲面五轴数控加工关键技术研究
五轴加工中心数控编程技巧
导读:本辑归纳了五轴加工中心后置处理,五轴加工中心静刚度分析与结构优化,复杂曲面 的五轴加工无干涉刀具路径生成技术研究,大型水轮机转轮叶片的五轴加工技术,五轴加工 中心静刚度分析与结构优化。
中国学术期刊文辑(2013)
目录
一、理论篇 复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法 1 高动态五轴加工中心 BarbaraSchulz 12 高速卧式五轴加工中心主机结构的选型设计 14 基于 UG 的螺旋叶片数控五轴加工 17 基于多体系统理论的五轴加工中心几何误差建模李欢玲 20 汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工刀轴矢量插值 24 汽轮机叶片五轴加工编程与仿真研究 29 汽轮机叶片五轴加工编程与仿真研究章泳健 34 浅析五轴加工异形管连接器 39 浅析五轴加工中心数控编程技巧 42 人头模型的逆向造型设计及其五轴加工 45 实现低成本五轴加工的秘诀嵌入五轴工作台 47 矢量化编程使航空航天领域的五轴加工更便捷 49 二、发展篇 数控五轴加工余量问题 53 五轴加工不同点详述 54 五轴加工超差故障一例分析 56 五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法 58 五轴加工模具制造的理想方式 68 五轴加工中非线性误差的检测和处理方法 70 五轴加工中心后置处理与虚拟仿真的研究 75 五轴加工中心任意点旋转坐标的计算 77 西门子 SINUMERIK840D 在五轴加工中的应用 DirkRaben 79 虚拟环境下五轴加工中心的建模技术研究 82 一种五轴加工中心主轴摆动消隙方法研究 87 应用虚拟制造技术开发五轴加工中心 92 直驱式高速龙门五轴加工中心横梁的设计 97
航 空 学 报 Acta Aeronautica et Astronautica Sinica http:/buaa.edu.cn
五轴加工中心数控编程技巧探究
( 太原科技大学 机械工程学院, 太原 030024 )
*
摘要:基于微分几何理论, 对复杂曲面环形刀无干涉刀具路径生成算法进行研究 , 对复杂曲面进行曲 在此基础上建立环形刀五轴加工模型, 进行走刀步长、 加工行距和相邻刀触点等的计算, 并 面划分, 提出通过选择最佳刀具尺寸和改变刀具姿态进行干涉避免的方法 。 与其它环形刀刀具路径生成算 法相比, 本文提出的算法具有更高的准确性和可靠性 。 关键词:复杂曲面; 环形刀; 刀具路径; 干涉避免 中图分类号:TP273 文献标识码:A
Research on Gaugingfree Cutter Path Generation Technology of Complex Surfaces ZENG Zhiying,JIA Yuqin,YUAN Jinpeng,LI Kun,MIN Xuexi ( Sch. of Electromechanic,Taiyuan Univ. of Science & Technology,Taiyuan 030024 ,China) Abstract: Based on the theory of differential geometry ,the fiveaxis machining gaugingfree cutter path generation algorithm of the toroidal Cutter is researched. And fiveaxis machining model of the toroidal Cutter is built,the calculation of feeding step length,machining interval and adjacent cutter contact points etc. is done based on the division of complex surfaces. Besides,the w ay of avoid tool interfere is presented by selecting optimum tool sizes and changing tool posture. Comparing w ith other algorithms, the proposed algorithm in this paper is more precise and reliable. Key words: complex surface; toroidal cutter; tool path; gaugingfree 免方面, 国内外学者在局部干涉避免方法研究的比 目前, 关于局部干涉判断和处理方法, 可归结 较多, : , 为以下两大类 一是直接距离法 即通过直接计算刀 具表面与曲面之间的距离来判断是否产生干涉并进 4] 。 二是微分几何法, 如文献[ 即采用 行相应调整, 曲率匹配来对刀具的局部干涉进行检查和修正, 文 3, 5] 提出了密切曲率法, 即根据在密切面内刀具 献[ 与曲面曲率的吻合状态来进行局部干涉的检测和处 [6 ] 理; Than Lin 等人则在切触点处平行于刀具进给方 向和垂直于进给方向的两个法截面内, 分别将刀具 的有效切削曲率半径和曲面的有效曲率半径进行比 较, 从而进行局部干涉的判断和处理。 本文通过选 择最佳刀具的尺寸和调整刀具的姿态来避免干涉的 产生。 在复杂曲面的五轴加工中, 由于平头刀几何形 研究利用平头刀生成刀具路径 状简单且容易建模, 7] 的方法比较多, 如文献[ 研究了基于加工带宽评价 8] 文献[ 方法的平头刀五轴加工刀具路径生成方法 , 研究了基于平头刀的等残高自由曲面五轴加工刀具 而关于环形刀生成刀具路径的方法 路径生成技术,
机械制造中的的五轴数控加工技术
机械制造中的的五轴数控加工技术机械制造中的五轴数控加工技术是现代制造业中非常重要的一项技术,它可以大幅提高加工效率、精度和质量。
五轴数控加工技术是在三轴数控加工技术的基础上发展而来的,它可以实现在五个方向上对工件进行切削加工,具有更大的灵活性和复杂性。
首先,五轴数控加工技术可以实现多面加工。
传统的三轴数控加工只能在水平、垂直两个方向上对工件进行加工,而五轴数控加工则可以在额外的两个方向上对工件进行切削。
这意味着在同一次夹持下,可以完成更多面的加工,减少了重新夹持的次数,提高了加工效率。
其次,五轴数控加工技术可以实现复杂曲面加工。
由于五轴数控机床具有更多的自由度,可以在多个方向上对工件进行加工,因此可以更好地处理复杂曲面,如叶片、汽车车轮等复杂结构的加工。
这对于一些复杂零部件的制造具有非常重要的意义,可以提高加工精度和质量。
另外,五轴数控加工技术可以实现更高的加工精度。
通过五轴数控机床的多轴协同工作,可以降低机床的振动和变形,提高加工精度。
尤其对于一些高精度要求的零部件,比如航空航天领域的零部件,五轴数控加工技术可以保证其精度要求。
此外,五轴数控加工技术还可以实现更高的加工质量。
由于五轴数控机床具有更多的自由度,可以更好地处理曲面和复杂结构的零部件,避免产生刀痕和残留,提高了加工质量。
同时,五轴数控加工还可以减少工件在加工过程中的重新夹持次数,降低了人为误差的可能性,提高了加工准确性和一致性。
总的来说,五轴数控加工技术在机械制造中具有非常重要的意义。
它可以提高加工效率、精度和质量,满足了对复杂零部件加工的需求。
随着科技的不断发展,五轴数控加工技术将会越来越广泛地应用于各个领域,推动着制造业的发展和进步。
复杂曲面数控加工论文
复杂曲面数控加工论文近年来,随着工业自动化的推进,数控加工技术在工业制造领域中得到了广泛的应用。
对于复杂曲面件的加工,数控加工技术可以更加精确和高效地实现。
因此,复杂曲面数控加工技术的研究一直受到人们的关注。
本篇文档将阐述复杂曲面数控加工的现状和发展趋势,并介绍一篇有关复杂曲面数控加工的论文。
一、复杂曲面数控加工的现状和发展趋势复杂曲面数控加工,又称为高精度数控加工,是一种可以在三维空间中精确和高效地加工曲面件的技术。
随着科技的不断发展和人们对产品精度的要求不断提高,复杂曲面数控加工已经逐渐成为了现代工业生产中不可或缺的一部分。
在数控加工技术的发展历程中,复杂曲面数控加工无疑是重要的一环。
目前,复杂曲面数控加工已经应用于飞机制造、汽车制造、医疗器械和电子设备等领域。
与传统的手工制造和机械加工相比,复杂曲面数控加工具有精度高、重复性好、生产效率高等优点。
未来,复杂曲面数控加工技术还将继续在工业制造领域中发挥重要作用。
在未来的数控加工技术发展中,人工智能和机器学习等技术的应用将有助于进一步提高复杂曲面数控加工的精度和生产效率。
二、复杂曲面数控加工论文的介绍在对复杂曲面数控加工技术的研究中,有一篇值得关注的论文,它是中国科学院合肥物质科学研究院的苏宗安、陶亚民、张学军等人于2017年发表的《一种基于耗散耦合的五轴数控机床轮廓误差分析和补偿方法》。
该论文利用了一种基于耗散耦合的五轴数控机床,并通过在五轴加工过程中加入动态误差来模拟加工过程的实际情况。
利用误差传递与补偿技术对五轴数控加工中的轮廓误差进行了分析和优化处理,通过建立轮廓误差传递模型和优化主轴转速、进给速度和刀具半径等因素,成功实现了高精度的复杂曲面加工。
这篇论文具有一定的实用价值和理论意义,对于复杂曲面数控加工的研究和应用具有一定的指导作用。
同时,该论文也对五轴数控加工机床的研究和发展提出了新的思路和方法。
三、总结复杂曲面数控加工技术的研究在近年来有了长足的发展,未来也将继续得到推进和应用,研究人员需要不断地探索并创新加工技术,将其应用于更广泛的领域。
NURBS曲面五轴加工刀具路径规划技术研究
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
摘
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
五轴数控铣床软PLC控制系统研究
五轴数控铣床软PLC控制系统研究五轴数控铣床软PLC控制系统是一种新型的数控铣床控制系统,它采用软件可编程逻辑控制器(PLC)作为控制核心,实现对五轴数控铣床的控制。
本文将对五轴数控铣床软PLC 控制系统进行研究,并介绍其基本原理和关键技术。
一、背景数控铣床是一种用于加工零件的机床,其主要特点是通过计算机数值控制系统控制机床的运动,实现对零件的加工。
根据机床的轴数,数控铣床可以分为三轴、四轴、五轴等不同种类。
五轴数控铣床能够实现对各种复杂曲面的加工,广泛应用于航空、汽车、模具等行业。
在传统的五轴数控铣床控制系统中,通常采用专用的数控系统作为控制核心。
这种控制系统硬件成本高、性能低,且扩展性差,对用户的自定义需求支持有限。
开发一种成本低、性能好、易扩展的控制系统成为了研究的重点。
二、原理软PLC是一种基于常规计算机硬件的PLC系统,它利用通用计算机的运算能力和存储能力,通过软件实现对工业过程的逻辑控制。
软PLC控制系统在实现逻辑控制的还能够进行数据采集、通信、仿真等其他功能,具有较高的灵活性和可扩展性。
1.数据采集:通过传感器采集五轴数控铣床各个轴的位置、速度、力等信息,并将其转化为数字信号,通过接口传输给软PLC控制系统。
2.逻辑控制:软PLC控制系统接收到数据后,根据用户设定的加工参数和逻辑规则,进行逻辑判断,生成相应的控制信号,通过接口控制五轴数控铣床的运动。
3.数据处理:软PLC控制系统根据接收到的数据,进行运算和处理,生成相应的数据结果,并将其传输到用户界面或其他设备中。
4.通信:软PLC控制系统通过网络或其他通信方式,与上位机、其他设备进行数据交互和远程控制。
三、关键技术1.软PLC编程:软PLC编程是软PLC控制系统开发的核心技术,它主要包括逻辑图编程、指令表编程、数据处理等多种编程方式。
开发人员需要掌握软PLC编程语言和编程工具,如Ladder图、指令表、ST等,以实现对五轴数控铣床的逻辑控制。
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术
叶轮数控加工仿真研究【 J 】 . 陕 西 国防 工
业 职 业技 术学 院 学 报 , 2 0 1 l , 2 1 ( 2 ) : 4 5 -
47.
工程序都应经过分 度和旋转 , 且 在 轮 毂 和
可 能存在 一些不需 要的拐点 , 即 出 现 不 光 叶 片 没 有 全 部 加 工 完 时 , 不应 进 入 下 一 个 【 4 】阎长 罡 , 贾 国高 . 基于 UG N X 4 . O 的整体
行 于 气 流 通 道 的 方 向进 行 走 刀 。 具 体 加 工
比较 完 美 地 完 成 对 整 体 叶 轮 的 三 维 造 型 。 应 用 uG软 件 对 整 体 叶 轮 进 行 五 轴 加 工 的
/C AM 软 件 , 在 的 中间位置设 置开槽加 工槽 , 铣 刀应 沿 平 但 它 作 为 一 款 通 用 的 CAD
迹 生 成研 究 【 D 】 . 哈 尔 滨 工程 大 学 硕士 学 位论文 , 2 0 l 2 .
【 3 】李俊 涛 , 吴 让利 . 基于 UG N X 6 . 0 的 整体
.
维造 型工作( 如 图2 所示) 。 2 . 5 光顺 曲线 实 际工作 中 , 生 成 叶 片 的 曲线 和 曲 面
工 业 技 术
建议采用 第二种方式 。 2 . 4 建立 整体 叶轮 在 完成 单个叶 片和 轮毂的 造型后 , 我
们 要 建 立 整 个 叶轮 的 CAD 模型 , 建 立 步 骤 如下: ( 1 ) 因 为 叶片 是 沿 圆周 均布 的 , 所以 需 要 根 据 叶 片 的 数 量 确 定 叶 片 沿 圆 周分 布 的
3 叶轮 的五 轴数控加工流程
( 1 ) 锻压毛坯 : 毛 坯 采 用 高 强度 的锻 压
五轴加工中心原理
五轴加工中心原理
五轴加工中心是一种先进的数控机床,它的原理是通过同时控制五个方向的运动,即X轴、Y轴、Z轴和两个旋转轴(A轴
和C轴),来实现对复杂工件的加工。
在加工过程中,工件被夹持在工作台上,并通过刀具来切削和加工。
通过控制X、Y、Z轴的运动,可以实现工件在平面内
的移动和上下移动。
同时,通过控制A轴和C轴的旋转,可
以使工件在不同方向上进行旋转。
通过这五个方向的联合运动,五轴加工中心可以灵活地切削工件的任意曲面。
五轴加工中心利用数控系统来控制各个轴的运动。
数控系统根据预先编好的加工程序,通过计算机控制各个轴的步进电机或伺服电机的运动,从而实现对工件加工的控制。
同时,数控系统还可以通过传感器对加工过程中的刀具位置进行实时监测,确保加工的精度和质量。
五轴加工中心的运动精度和稳定性对加工质量有着重要影响。
为了保证五轴加工中心的高精度加工,机床结构和传动系统需要具备足够的刚性和稳定性。
同时,对于数控系统的控制算法和参数调节也需要精心设计,以确保刀具的轨迹和工件表面的加工精度。
总之,五轴加工中心通过同时控制五个方向的运动,可以实现对复杂曲面工件的高精度加工。
这种机床在航空航天、汽车制造、模具制造等领域有着广泛的应用前景,对提高加工效率和产品质量具有重要意义。
复杂曲面五轴加工局部干涉处理技术研究
Ab t a t T i a e p e e t meh d l g m eh d f a a t ma i d t c in n sr c : h s p D r r s n s a t o o o y t o o n u o t c ee t a d o e i i ai n o o a o g n o v - x s c mp e u f c c i i g wi l te d mi i g l n to f l c lg u i g f r f e a i o lx s ra e ma h n n t a f l - n l n m i ・ h i e- l c t rb s d o et c n q e o u v t r t h n n d p i t . i t , i me e fmi i g u t a e n t e h iu fc r au e mac i g a d e h o n s F r l ad a tro l n sy l
关 键 词 :五 轴 加 工; 复杂 曲 面;局 部 干 涉; 曲率 匹配 ; 网格 点 文 章 编 号 :10 .182 1)1O l—9 0 30 5(0 20一l30
中图 分类 号 :T 9 .3 P3 1 7
文献标 识 码 :A
Lo a nt r e e ede e to nd a o da c n v . x s c l e f r nc t c i n a v i n ei f e a i i i m a hi i fc m plx s f c s c n ng o o e ur a e
21 0 2年 2月 第3 3卷 1 第 期
图 学 学 报
JoURNAL OF GRAPHI CS
Fe r a y 2 2 b u r 01 Vo I No 1 l33 .
五轴数控系统的三维曲面激光加工关键技术
m ac hi ni ng,ha v e bee n des c r i bed.The e xpe r i me nt s as s ur e t ha t t he ke y t ec hnol og i e s o f t he de vi c e i s r el i a bl e ,i t s m ac hi ni ng qua l i t y i s e xce l l e nt .The de vi c e c an l as e r ma r k and l a se r di r e ct s t r uc t ur e f r e e f or m s ur f a ce i n m as s
纹 的精 密 精 细加 工 。 关键词 光学制造; 五轴数控; 三 维 曲 面; 激光加工; 纹理 映射 ; 分 割
TP 3 9 1 文 献标 识 码 A 中 图分 类 号
doi :】 0. 37 88 / LOP5 2. 07】 40 6
K ey Tec hn0l 0g i es of Las e r M ac hi ni ng of 5- A xe s CN C Sys t e m f or Thr ee—D i me ns i onal Fr ee f or m Sur f ace
叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究
叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究叶轮是一个很重要的机械零件,在液体和气体传送、涡轮发电机和蒸汽轮机等领域都有广泛的应用。
制造优质叶轮是保证这些设备高效、安全运行的关键因素之一。
为了达到高品质叶轮零件的要求,五轴数控制造技术(5-axis CNC machining)是至关重要的。
下面将会详细阐述该技术的基本原理,以及叶轮制造过程中的关键技术。
五轴数控制造技术是一种以数控机床为基础的先进加工技术,旨在提高设备的制造效率与加工精度。
该技术最主要的特点是机械零件的各个曲面都可以在一次加工中完成,无需多次换刀和装夹,从而避免了多次加工导致精度误差的累积,提高了加工效率和零件精度。
而在叶轮制造的过程中,叶轮轮毂和叶片的形状对零件精度有着至关重要的影响,因此需要特别关注其加工细节。
以下是一些制造叶轮零件的关键技术:第一步:工艺设计这是制造任何零件的第一步,也是最重要的一步。
工艺设计包括计算机辅助设计(CAD),计算机辅助制造(CAM)等,它是实现五轴数控制造的基础。
工艺设计可以提高制造效率和质量,并降低成本。
第二步:材料选择和加工前准备不同的叶轮操作环境需要不同的材料,比如温度、压力、腐蚀等。
因此,选择合适的材料是至关重要的。
在加工前,需要对材料进行气体灰度测量、表面越限检查、热处理等,以确保材料质量达到要求。
第三步:五轴数控制造技术的应用五轴数控制造技术可以在一次加工中完成叶轮轮毂和叶片的加工,避免了多次加工导致的加工误差,提高了精度和效率。
尤其是在叶片的加工中,五轴数控技术可以确保其弯曲或扭曲的形状完全一致,从而确保了叶轮零件的整体平衡性和流体力学特性。
第四步:质量控制和性能测试通过CAD/CAM进行的工艺设计以及五轴数控制造技术的加工,能够产生高度准确的叶轮零件。
然而,为了确保叶轮零件达到设计要求,还需要进行一系列的质量控制和性能测试,如静态平衡、动态压力测试等,以确保零件的可靠性和性能。
综上所述,五轴数控制造技术在叶轮零件的制造过程中扮演着至关重要的角色,它可以提高生产效率,降低生产成本,并确保零件的高质量和高精度。
浅谈五轴数控加工技术
浅谈五轴数控加工技术1 概述众所周知,数控机床是当今现代化工厂的主要制造设备,数控技术是先进制造技术的关键技术,传统加工正在被数控加工逐步取代,数控加工技术水平已成为反映一个国家先进制造技术的重要指标之一。
五轴联动加工中心代表了数控机床的最高水平,反映了一个国家的装备制造业的发展水平。
我国的数控装备经过六十多年的发展,在许多项技术取得很大的进步,但在高端数控加工装备制造方面基础还比较薄弱,在多轴联动加工软件平台和数据库开发方面还落后于世界先进水平,需进一步提升。
五轴数控加工应用非常广泛,主要应用在航空航天、水利水电、轮船等高端产品的核心部件的制造,例如具有复杂曲面结构的航空发动机大型整体叶轮、水利水电设备中的发电机转子制造,汽车发动机中的涡轮以及模具制造等领域。
这些零件都是相关产品的核心部件,直接影响产品的性能和质量。
在西方装备制造业较发达的国家,为提高生产效率,五轴联动加工中心在制造业的各领域已得到广泛应用。
如今,随着现代产品质量的提高,要求零件数量减少的同时还要求零件精度的提高,这就使得结构一体化的复杂异形件零件的需求量越来越大,其交货时间越来越短,鉴于五轴联动加工中心的加工优势以及五轴联动加工中心价格的降低,五轴联动加工中心将在加工制造各领域得到广泛推广。
因此,开展五轴加工技术的研究非常有必要和意义重大。
2 五轴数控加工所谓的五轴数控加工是指能同时控制五个以上坐标轴的联动的数控加工,其中包括三个直线轴(XYZ)和两个旋转轴(ABC三个旋转轴中的两个)。
五轴加工将各种加工功能组合在一起后,实现工件在一次装夹后,完成对多个面的铣、镗、钻等多道工序的加工,有效地避免了多次装夹产生的误差,缩短了生产周期,提高零件质量。
随着结构复杂产品的广泛应用,要求数控设备具有更高的加工能力和加工效率,由此,五轴数控加工技术得到了广阔的发展领域。
五轴数控加工的特点有:刀具可以进入型腔内部,加工三轴加工不到的部位,这种模式有利于采用短刀具加工零件的侧壁和型腔,提高刀具的刚性,减小振动,提高零件的精度;减少工装夹具数量和占地面积;减少基准转换,提高加工精度;缩短新产品研发周期;缩短生产过程链,简化生产管理。
五轴加工技术的应用与优势
五轴加工技术的应用与优势随着制造业的不断发展,五轴加工技术在加工领域中得到了广泛的应用和重视。
本文将探讨五轴加工技术的应用领域,并分析其带来的优势。
一、五轴加工技术的应用领域1.航空航天领域在航空航天领域,精密零部件的加工要求极高,需要高精度和高效率的加工方式。
五轴加工技术可以实现在一个夹具中完成多个面的加工,避免了多次换夹治具的繁琐操作,提高了生产效率。
2.汽车制造领域汽车行业对零部件的精度和质量要求也非常高,五轴加工技术可以精确地加工出复杂曲面零件,如车身模具、发动机零部件等,保证了汽车的整体质量和性能。
3.模具制造领域模具制造需要对各种材料进行雕刻、雕塑和开槽等操作,五轴加工技术可以灵活地加工不同角度和复杂曲面形状,提高了模具的加工精度和效率。
4.医疗器械领域医疗器械对加工精度和质量要求非常高,五轴加工技术可以加工出各种复杂形状的人工关节、植入物等器械,提高了患者的手术效果和生活质量。
5.船舶制造领域船舶制造需要加工大型零部件,传统的加工方式效率低下且精度难以保证。
而五轴加工技术利用其灵活性和高精度可以满足船舶制造的复杂需求。
二、五轴加工技术的优势1.加工精度高五轴加工技术可以在多个坐标轴上同时进行运动控制,可以实现对复杂曲面的高精度加工。
相比传统的三轴加工技术,五轴加工技术的加工精度更高,能够满足更高的工艺要求。
2.加工效率高五轴加工技术可以在一个夹具中完成多个面的加工,避免了多次换夹治具的时间消耗,大大提高了加工效率。
同时,五轴加工技术还可以实现多种加工方式的组合,进一步提高了加工效率。
3.灵活性强五轴加工技术可以灵活地调整工件在不同角度下的加工位置,满足复杂曲面零件的加工需求。
相比传统的加工方式,五轴加工技术在形状复杂的零件加工上具有更大的灵活性。
4.工件表面质量好五轴加工技术可以在不同角度下进行切削,减少了切削刀具对工件表面的干预,从而提高了工件表面的质量和光洁度。
5.节约材料五轴加工技术可以通过优化切削路径,减少材料的浪费。
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术摘要:整体叶轮是能源动力、航空航天、石油化工等行业广泛使用的关键零件,也是一类典型的难加工零件。
本文以UG软件为背景,提出了一套从叶轮造型到应用五轴数控加工技术对其进行加工的数控加工方案,希望对叶轮的设计制造工作能够有所借鉴。
关键词:叶轮复杂曲面三维造型五轴数控加工叶轮是由复杂空间曲面构成的非常有代表性的典型零件,具有结构复杂、种类繁多、设计周期长、加工工作量大的特点,它可以被认作是很多机械的“心脏”,其造型质量和加工方案的选取将会对机械的使用性能和效率造成直接影响。
UG软件是西门子公司旗下的一个集CAD/CAM为一体的三维机械设计平台,它对曲面曲线的造型有着一套成熟完整的方法和理论体系,并且因为其还具有功能强大的加工制造模块,能够对已建立的叶轮CAD模型作加工工艺分析,并通过后处理程序直接生成加工代码,是同类软件中的佼佼者。
因此,本文采用UG 平台对叶轮的造型及加工技术进行分析。
1 叶轮的CAD/CAM系统方案为了保证整体叶轮的强度,使加工得到的叶面曲面误差较小,宜采用整体铣削加工的方法。
整体铣削加工的步骤为:(1)将锻压好的毛坯件车削成叶轮回转体的基本形状。
(2)用五轴数控加工中心在毛坯上一次性完成对轮毂和叶片的加工。
近年来,伴随着CAD/CAE/CAM一体化技术的发展以及五轴数控加工设备的普及,传统的依靠手工对叶轮进行加工的方法已经遭到淘汰,而采用CAD/CAM系统的叶轮整体加工方案已经得到了广泛地应用。
2 叶轮的三维造型2.1 叶片数据的获取现阶段获取叶片数据的方法主包括测量现成叶片和理论计算两种类型。
前者主要应用于逆向工程领域,一般是利用CMM(三坐标测量机)或激光扫描仪对现成叶轮进行测量,生成iges等通用格式的数据文件,然后将这些文件导入UG中进行模型建立;后者主要通过有限元分析和流体力学的原理来完成对叶片数据的计算。
本文的叶片数据是采用理论计算得到的。
精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展
精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展多轴数控加工是现代工业中的标志性加工技术,在能源、动力、国防、运载工具、航空航天等高端制造领域的关键零部件加工中占据着主导地位。
随着中国在这些制造领域的不断拓展,涌现出一大批加工难度大、性能指标要求苛刻的精密复杂曲面零件,如大型航空运载工具的精密壳体、天线罩、航空发动机的机匣及叶片、整体叶轮和叶盘等,因其超常规的使役环境,常以导流、透波、抗疲劳特性以及气动特性等性能指标为主要制造要求。
为满足性能指标要求,此类零件的形状及结构日趋复杂,通常具有薄壁悬垂、极端大尺度比等特点,而且壁厚变化剧烈并且有着严格的控制要求,加工精度不断提高,其制造已由以往单纯的形位精度加工,跃升为形位与性能指标并重的高性能加工,给目前的复杂曲面数控加工技术带来了严峻的挑战。
数控加工是由模型曲面上的加工路径直接驱动,因而高效加工路径设计方法成为提高加工效率,保证零件表面成形精度的关键。
然而,传统路径规划方法却拘泥于单纯几何学层面的逐点路径设计和离散调整,从运动学及切削特性层面考虑加工路径拓扑几何形状的方法较少,无法兼顾曲面几何物理特性、难以实现路径的整体调控。
在复杂曲面的数控加工中,运动规划也非常重要,特别是在复杂零件的高速高精度加工中,适应性进给率定制技术是加工精度和加工效率保证的有效手段[4]。
目前,进给率定制局限于在前瞻预读框架下构建不同形式的弧长-时间及进给率-弧长映射的常规方法,尚未完全建立起轨迹内在几何特性与进给率运动特性间的联系,其定制过程通常需要多次反复,以求在多种约束许可范围内获得尽可能高的速度,并在提高加工效率的前提下保证加工精度。
数控加工既是一个零件的几何成形过程,也是一个复杂的动态物理切削过程,特别是随着高档数控机床切削速度不断提高,对数控加工技术的研究不能仅关注常规几何学层面的走刀路径设计和运动学层面的运动规划,必须转向实际的物理加工过程,解决大进给量、高转速所带来的刀具负载波动、变形、破损失效,特别是解决加工过程中由于切削力变化所引起的切削系统的不稳定等问题。
复杂曲面零件数控加工的关键问题——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》
1五轴数控加工简介复杂曲面零件作为数字化制造的主要研究对象之一,在航空、航天、能源和国防等领域中有着广泛的应用,其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。
复杂曲面零件往往具有形状和结构复杂、质量要求高等难点,是五轴数控加工的典型研究对象。
当前,复杂曲面零件主要包括轮盘类零件、航空结构件以及火箭贮箱壁板等,如图1所示。
轮盘类零件是发动机完成对气体的压缩和膨胀的关键部件,主要包括整体叶盘类零件和叶片类零件。
整体叶盘类零件的叶展长、叶片薄且扭曲度大,叶片间的通道深且窄,开敞性差,零件材料多为钛合金、高温合金等难加工材料,因此零件加工制造困难。
叶片是一种特殊的零件,数量多、形状复杂、要求高、加工难度大且故障多发,一图1复杂曲面零件直以来都是各发动机厂生产的关键。
航空整体结构件由整块大型毛坯直接加工而成,在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹,但由于其具有尺寸大、材料去除率大、结构复杂、刚性差等缺点,因此加工后会产生弯扭组合等加工变形。
随着新一代大型运载火箭设计要求的提高,为保证火箭的可靠性,并减轻结构质量,提高有效载荷,对火箭贮箱壁板网格壁厚精度和根部圆弧过渡尺寸都提出了更严格的要求。
五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高精度等优势,是加工大型与异型复杂零件的重要手段。
五轴数控机床在3个平动轴的基础上增加了2个转动轴,不但可以使刀具相对于工件的位置任意可控,而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定的范围内任意可控。
五轴数控加工的主要优势包括:①提高刀具可达性。
通过改变刀具方向可以提高刀具可达性,实现叶轮、叶片和螺旋桨等复杂曲面零件的数控加工。
②缩短刀具悬伸长度。
通过选择合理刀具方向可以在避开干涉的同时使用更短的刀具,提高铣削系统的刚度,改善数控加工中的动态特性,提高加工效率和加工质量。
③可用高效加工刀具。
通过调整刀轴方向能够更好地匹配刀具与工件曲面,增加有效切宽,实现零件的高效加工。
五轴头技术水平分析及关键技术
1 技术水平分析 .
五轴头可分为万能式镗铣头和摆动式 镗铣 头。在用
同时 ,由于力矩 电动机相对于普通伺 服电动 机 ,具 有在较低转速下即可输 出大转矩的特点 ,使两个旋转轴 输 出所 需 转矩 的转 速 范 围成 倍 提 高 ,最 高 转 速 可达
外 ,ZMM R N I E MA N公司很 有特 色的是 对整个 五轴 头它
CTc 司将在销 售双摆 头的 同时 ,向用户 推荐能 ye 公
与其采用 的力矩电动机配合使 用的伺服 电动机 驱动模块 型号 ,并提供相对应 的全套 电动机驱动参数。 C T c 司为满 足不 同用途 、不 同要 求 的用 户 ,推 ye 公
电驱动 方式 ,即 A、C两 个 旋转 轴 均采 用 力矩 电动机
轴数控系统和高精 度双摆头这两大关键部件 ,而 只能望
洋兴叹。
近年来 ,由于国产数控系统的发展 ,国外数控 系统 厂商逐渐失去 了对中国市场的多轴数控系统的绝对垄 断 地位 。高精度双摆头作为五轴联动机床 的关键部 件 ,已 经成为影 响国内机床厂家争取五轴联动机床这块高端 市 场的瓶颈。因此 ,如果我们能研发制造出高性能 的五轴
出了 P2 2 1 、M 1和 G 0 ( 括 G 0 hro t ) 三 个 系 列 3 包 3 oi na z 1
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曷 工 冷 工 。加 ’
Se e s A U i n 、F N C、Fda e e hi、Ida a 等 公 司 m i 、H i n a i d n n rm t 的数控 和伺服 电动机驱动系统产品配合使用 。
U L A P U I K MA、Ncls o e 。 E 、R M A D 、O U i a r a等 o C r
基于UG NX的复杂曲面叶轮五轴数控加工技术
基于UG NX的复杂曲面叶轮五轴数控加工技术前言作为动力机械的关键部件,整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域,其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。
从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出[1],加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多,相邻的叶片之间空间较小,加工时极易产生碰撞干涉,自动生成无干涉加工轨迹比较困难。
因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求,而且由于叶片的厚度有所限制,所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量[1]。
目前,我国大多数生产也轮的厂家多数采用国外大型CAD/CAM软件,如UG NX、CATIA、MasterCAM等。
本文选用目前流行且功能强大的UG NX3.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。
1 整体叶轮数控加工工艺流程规划根据叶轮的几何结构特征和使用要求(如图1),其基本加工工艺流程为:1)在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状;2)开粗加工流道部分;3)半精加工流道部分;4)叶片精加工;5)对倒圆部分进行清根。
图1. 叶轮的基本几何特征1.1 刀具的选择为提高加工效率,在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀,但是也要注意使刀具直径2R1min小于两叶片间最小距离L1min,L1min的大小可以根据UG NX 3.0软件的分析(Analysis)功能测得。
R1min<L1min/2在叶片精加工过程中,应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀,即保证刀具半径R2min大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径rmax。
R2min>rmax在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时,选择的刀具半径R3min小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径rmin。
R3min<rmin1.2 驱动方法选择本文将基于UG NX 3.0重点介绍流道开粗、流道半精加工、叶片精加工和倒圆部分清根的加工轨迹规划方法。
五轴数控加工仿真研究
五轴数控加工仿真研究五轴数控加工仿真研究是目前数控加工领域中的一项重要研究。
本文将对五轴数控加工仿真研究进行简单介绍。
五轴数控加工是一种实现零件复杂曲面加工的高级数控加工技术。
这种加工方式相对于传统的三轴加工而言,具有更强的适应性和灵活性。
它可以通过调整各个轴向的运动来实现复杂曲面的加工,旋转型曲面的加工,空间曲线的加工等多种加工方式。
因此,它在航空航天、船舶制造、模具制造等领域有着广泛的应用。
五轴数控加工仿真研究主要是通过建立数学模型和仿真实验,探究五轴数控加工的加工过程和加工精度。
五轴数控加工涉及多个轴向动作,操作难度大,在实际的生产过程中易出现加工误差或不合格品率升高等情况。
五轴数控加工仿真可以减少实验成本,提高生产效率,同时也可以探究加工过程中的问题,提高加工精度和质量。
目前,五轴数控加工仿真主要分为三种类型:虚拟加工仿真、数学仿真和实时仿真。
虚拟加工仿真通过建立数学模型,并对加工系统进行仿真,探究加工过程和系统性能。
数学仿真则依托数学建模,来研究加工过程和加工精度等问题。
实时仿真则通过实时监测成型过程的每一个细节,来控制和优化加工过程。
五轴数控加工仿真研究的主要挑战之一是尽可能减少仿真结果与实际生产之间的误差。
此外,仿真需要考虑多个因素,如加工材料、刀具、切削参数等,以产生最终的仿真结果。
同时,仿真需要考虑五轴链式反应的因素,以及如何在有限时间内优化加工路径,减少不必要的机床动作,提高加工效率。
五轴数控加工仿真研究将对提高五轴数控加工的生产效率和加工精度有着重要的作用,同时也可为后续的五轴数控加工研究提供有益的支持和指导。
在五轴数控加工仿真研究中,有许多数据需要进行收集和分析。
以下是相关数据及其分析:1. 加工材料数据:包括硬度、弹性模量、材料密度等。
这些数据可以用于确定适合于特定材料的工艺参数和切削参数,并可以优化加工路径和减少机床动作,并提高加工效率和精度。
2. 刀具数据:包括刀具材料、刀具尺寸、刀具形状、刀具磨损等。
论文范文
摘要数控加工技术体现着一个国家的工业化生产能力,是制造业发展的基础。
本文通过对复杂曲面数控加工过程中的各项关键技术分析,研究复杂曲面的五轴数控加工技术;本文重点从四个方面研究问题:工程曲面数据的数学处理;复杂曲面五轴数控加工程序的处理;曲面高速加工技术的应用和五轴数控加工仿真、后置程序的开发。
对复杂曲面零件测量图表数据进行了数学处理,使之能够满足数控加工的需要;通过对复杂曲面零件高效的五轴联动数控加工制造方法的阐述,解决了多轴数控加工所涉及到的关键技术问题,包括刀具轨迹的驱动方式和刀具轴线的驱动方式,分析了双摆头五轴联动数控加工中心的结构模型并对其结构误差进行了测量与补偿,研究探讨了五轴数控加工后置处理程序开发的应用问题,对加工过程中机床结构误差做出了相应的补偿;对典型的复杂曲面—人头像的数控加工提出了加工工艺方案,并实现了基于典型的CAD/CAM软件UG的多轴编程和后置处理程序的开发,生成数控加工的刀具轨迹进行模拟仿真,设定适当的刀具轴线控制方法,得到了符合高速加工理念的刀具运动轨迹和数控加工程序。
通过该课题研究,可为复杂曲面五轴联动数控加工工艺方案提供参考,对五轴数控加工技术的应用有极大的推广作用。
关键词:复杂曲面,数据处理,数控加工,CAM,后置处理目录1绪论 ......................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题研究背景............................................................................ 错误!未定义书签。
1.2 国内外研究现状........................................................................ 错误!未定义书签。
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Th e Re s e a r c h o f K e y Te c h n o l o g y Ba s e d o n Fi g o f Co mp l e x Su r f a c e Y A O J u - b i a o , C A O Z h u - mi n g , S U N H o n g - me i , L I G e n g - j i e
的刀轴矢量。经试制, 采用该刀轨规划策略和工艺方案 , 有效地提高了零件的表面质量 , 达到 了设计和精度要求。 关键词: 复杂 曲面 ; 曲面驱 动 ; 五轴加工 ; 刀轨 规 划 ; 工 艺 工装
中图 分 类 号 : T H1 6 ; T H1 6 4 文 献 标识 码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 — 3 9 9 7 ( 2 0 1 7 ) 0 7 — 0 1 2 8 — 0 3
机 械 设 计 与 制 造
1 2 8 Ma c h i n e r y De s i g n & Ma n u f a c t u r e
第 7期 2 0 1 7年 7月
复 杂 曲面五轴 数控 加 工关键 技 术研 究
么居 标 , 曹著明 , 孙 红梅 , 李庚 杰 :
( 1 . 北京 电子科技 职业学院 , 北京 1 0 0 1 7 6 ; 2 . 北京航远诚信机械设备有 限公司, 北京 1 0 0 0 7 6 )
摘
要: 曲 面驱 动是 复 杂 曲 面加 工 中的 一种 高效 刀轨 规 划 方 法。以典 型 的复 杂 曲 面零 件 _ _ _ “ 佛像” 为载 体 , 介 绍 了曲面 驱
( 1 . B e i j i n g P o l y t e c h n i c , B e i j i n g 1 0 0 1 7 6 , C h i n a ; 2 . B e i j i n g H a n g y u a n c r e d i b i l i t y M a c h i n e r y C o . , L t d . , B e i j i n g 1 0 0 0 7 6 , C h i n a ) A b s t r a c t : S u G C a c e d r w i n g i s a n e f ic f i e n t t o o l p a t h p l a n n i n g m e t h o d f o r c o m p l e x s u f r a c e m a c h i n i n g .T h e t y p i c a l p a r t s w i t h c o m p l e x s u f r ce a s , B u d d h a ”a S t h e c a r r i e r ,t h e p r i n c i p l e o f t h e s u F f ce a d r i v i n g m e t h o d f o t o o l p a t h p l nn a i n g ,a nd d r i v e ¥ a l f ce a d e s i g n i d e a nd a m a n u f ct a u r e p r o c e s s ; t a t h e s a l n e t i m e ,t h e p r o g r a m mi n g t h e t r i a l p r o c e s s a n d k e y t e c h n i q u e s i n t h e p r o c e s s i n d u s t r y nd a t r a d e l o a d i n g w e r e s u mm ri a z e d .T h i s p a r t i s c o m p o s e d fa o n u mb e r f o c o m p l e x i r r e g u l a r s u r f ce a , u s i n g t h e ' s u r f ce a d i r v e n ” t o o l p th a p l a n n i n g , C a n g e t t h e t o o l p t a h nd a s m o o t h p t a h a p p r o x i m ti a o n f o t h e c u t t e r s h v e c t o  ̄ A f t e r t r i lp a r o d u c t i o n , t h e t o o l p a t h p l nn a i n g s t r a t e g y nd a p r o c e s s p l a n a r e a d o p t e d t o e f f e c t i v e l y i m p r o v e t h e s u v f ce a q u l a i t y f o
动 方 法 下 的 刀轨规 划 的原 理 , 以及 驱 动 面 的设 计 思路 和 制作 流 程 ; 同时 对 编程 中 的 关键 技 术 以及 试 制 过程 中的 工 艺 工 装 进 行 了总结 。该 零件 主要 由 多个复 杂不规 则 曲面组 成 , 采 用“ 曲面驱动 ” 进 行 刀轨规 划 , 能获得 与 曲 面近似 的走 7 J - q t  ̄ 和 光 顺