球面砂輪數(shù)控磨削復(fù)雜形狀刀具的研究.pdf

1、復(fù)雜形狀刀具特指刀體形狀為圓錐面、橢球面等任意可能的回轉(zhuǎn)面或其組合，且刃形復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面刀具，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具等領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)高品質(zhì)復(fù)雜形狀刀具的制造仍依賴于進(jìn)口CNC工具磨床及其配置的磨削加工軟件。
　　 借鑒制造業(yè)中的可重構(gòu)思想和程序設(shè)計(jì)中的模塊化理念，提出基于模塊的復(fù)雜形狀刀具切削刃數(shù)學(xué)模型，以提高其通用性；推導(dǎo)了基于直母線體單元、基于圓弧母線體單元的等導(dǎo)程（或等螺旋角）螺旋切削刃、過球頂?shù)钠矫媲€切削刃的

2、數(shù)學(xué)模型及其邊界條件，以構(gòu)建切削刃數(shù)學(xué)模型中的基本模塊；開發(fā)了基于AutoCAD 平臺(tái)的復(fù)雜形狀刀具設(shè)計(jì)模塊。
　　 提出了采用球面砂輪CNC 磨削復(fù)雜形狀刀具的加工工藝，利用球面的適應(yīng)性，減少磨削加工所需機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)、實(shí)現(xiàn)前刀面在不同形狀刀體結(jié)合部位的光滑過渡；構(gòu)建了基于刀具設(shè)計(jì)法前角和切削刃曲線的游動(dòng)坐標(biāo)系，以主動(dòng)控制被磨削刀具的法前角，簡(jiǎn)化刀位計(jì)算；確立了刀位計(jì)算的約束條件，推導(dǎo)出球面砂輪磨削前刀面時(shí)的刀位計(jì)算公式；探討了

3、刀位數(shù)據(jù)的后置處理方法。與目前廣為應(yīng)用的采用碟形砂輪的加工工藝相比，采用球面砂輪可使磨削圓錐球頭立銑刀前刀面所需的機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)由五軸減少到四軸，并能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀刀具前刀面在不同形狀刀體結(jié)合部位的光滑過渡。
　　 針對(duì)球面砂輪磨削復(fù)雜形狀刀具的加工工藝，提出了“立式”CNC工具磨床的原理模型，它在工件安裝方式、機(jī)床結(jié)構(gòu)布局上明顯區(qū)別于現(xiàn)有的CNC工具磨床；分別以銑刀的“在位重磨”、以機(jī)床結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為目的，構(gòu)建了若干機(jī)床結(jié)構(gòu)布局模型。

4、
　　 針對(duì)復(fù)雜形狀刀具的前刀面等功能表面包絡(luò)成形的特點(diǎn)，探討了基于仿真加工的球面砂輪參數(shù)的確定方法；歸納了球面砂輪的參數(shù)對(duì)被磨削刀具前刀面、容屑槽及刀齒強(qiáng)度等的影響，為確定球面砂輪的參數(shù)提供了依據(jù)。
　　 自主開發(fā)了基于VC++和OpenGL的復(fù)雜形狀刀具仿真加工軟件，探索了仿真加工環(huán)境的構(gòu)建方法；通過“離散-求交-過濾-重構(gòu)”實(shí)現(xiàn)對(duì)材料去除過程的幾何仿真；
　　 提出了基于偏轉(zhuǎn)角θ一維優(yōu)化的刀具毛坯自適應(yīng)離散

5、方法，以兼顧仿真加工精度和效率；研究了特征點(diǎn)的求解方法、確立了“過濾”特征點(diǎn)時(shí)應(yīng)遵循的包容原則，以獲取被磨削刀具各離散端截面的廓形；探討了判別各有效特征點(diǎn)之間相關(guān)性的原則及相關(guān)算法，以實(shí)現(xiàn)被磨削刀具的實(shí)時(shí)重構(gòu)。與基于AutoCAD 二次開發(fā)的仿真加工模塊相比，實(shí)時(shí)性好，圓錐球頭立銑刀前刀面的仿真加工時(shí)間可由375 秒縮減到11 秒。
　　 以圓錐球頭立銑刀為例，利用基于AutoCAD 二次開發(fā)的仿真加工模塊，驗(yàn)證了本文提出的加工