面向数控加工的三角网格曲面刀具路径设计方法研究

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在航空航天、汽车、模具等行业的零件中,包含大量的自由曲面及复杂几何形状,这些零件的数控加工技术成为了这些工业产品制造的关键技术之一。三角网格曲面以其数据结构简单、拓扑适应能力强等特点在CAD、CAM和CAE软件中得到了广泛应用。研究三角网格曲面的刀具路径规划对实现散乱数据点曲面加工和从CAE到CAM的有效集成,缩短产品的制造周期具有重要的意义。本文的研究围绕有限元三角网格曲面数控加工刀具路径规划展开,旨在提高三角网格曲面数控加工的精度和效率。为了获得零件表面残留高度一致的刀具路径,本文在精确计算三角网格曲面法矢量和曲率的基础上,利用刀具切削运动形成的包络面建立了残留高度的三维误差模型,并生成了等残留高度刀具路径。论文主要完成了以下工作:(1)研究了三角网格模型上任意一点的快速定位和坐标表示方法,基于这种定位方式,给出了三角网格模型表面任意位置的刀触点的法矢量和网格曲面在刀触点位置沿着任意方向的法曲率计算方法。(2)根据刀位点信息求出了刀具切削运动形成的包络面,利用包络面和刀具的切削原理建立了残留高度的三维误差模型,并得到了相邻刀具路径之间残留高度的数值计算方法。在此基础上提出了一种基于包络面的等残留刀具路径算法。以球头立铣刀加工为例,得到了应用于三角网格模型的等残留高度刀具路径。(3)分析和比较了本文算法与一般的刀具路径和平行截面法的刀具路径在三角网格曲面加工中的加工精度和效率,结果表明本文的等残留高度刀具路径在加工精度和加工效率方面都有明显的提高。
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