本文摘要:
(1) 建立了U擺線銑削幾何模型,定義了包括擺線位置角、擺線圓半徑、擺線步進以及擺線進給在內的多個擺線表征參數,結合幾何模型給出了擺線殘留量計算方法。根據擺線區間內刀具與前一刀軌接觸位置不同,結合刀具運動規律將軌跡離散成系列微元段并把區域劃分為左/右擺線圓、步進切入以及步進切出部分,分別獲得了相應擺線位置角下刀-工包角計算方法。(2) 安排多組U擺線銑削實驗,分析發現,U擺線銑削在擺線區域內切削力絕對值呈現先增大后減小的變化趨勢,步進連接區域由于刀-工包角恒定,對應切削力不變。整體變化平穩,切入切出階段未出現載荷劇烈波動。相較于傳統層銑,U擺線銑削的平均切削力降低幅度超過60%,切削力峰值下降了25%。刀具磨損實驗表明:U擺線銑削避免了以刀尖為主要加工區域的小面積、大載荷的切削形式,刀具壽命提高了4倍以上。(3) 以整體葉輪流道為加工對象借助樣條插值函數建立了流道參數化模型,結合U擺線銑削特征給出模型預處理方法。考慮到三維空間刀具軌跡計算復雜性,定義描述空間幾何信息的三維坐標系為幾何域;描述降維映射關系的二維坐標系所構成的平面為參數域。(4) 以節點高度比例為變量建立高度比例-弧長的函數關系,以該弧長作為參數域縱坐標;根據幾何域橫縱坐標計算節點截面弧長,以此作為參數域橫坐標,同時定義兩邊界曲線確定的中線起始點為參數域原點,實現了空間幾何信息映射為以弧長為坐標軸的二維參數域的降維計算,并在降維參數域上建立了降維軌跡計算方法。(5) 建立了軸盤面雙軸坐標與比例節點對應關系,在此基礎上借助等參數方程獲得軸盤面雙向比例域,利用比例矩陣反算等比例坐標。根據樣條函數逐段對其基函數求導獲得系列節點導函數,在初始端導函數范圍內帶入首點值并定義該點計算結果為節點基斜率,遍歷各節點導數與基斜率差值得到相應偏移角度,最后以此偏移角度將參數域任意矢量多次矩陣變換逆映射到三維幾何域上。(6) 將刀觸點沿當前所在曲面微元的法向矢量移動球頭半徑的長度,以球心為原點的半徑范圍內可以根據圓參數方程及對應矢量逆向求解當前刀位點。將整理后軌跡矩陣以數值形式嵌入到機床通用APT編碼串中。利用后處理模塊將刀位文件轉換為實際加工系統的編碼語言,匹配機床及控制系統,通過仿真算例及實驗驗證了五軸U擺線銑削軌跡規劃方法的可行性。
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2024-11
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