题目：宽行数控加工理论研究及其在叶片加工中的应用

五坐标数控加工编程一直是曲面加工研究的重点和难点之一。宽行数控加工编程技术可以生成加工带宽很宽的刀位，从而极大的提高生产率。但是宽行数控加工还处于初步发展阶段，很多理论和方法仍然有待探索。本文主要对几种宽行数控加工刀位算法进行了研究，具体的内容如下：对多点切触加工算法进行了研究。提出了多点切触加工中三个核心问题：多点切触加工约束条件（第一约束条件）以及满足约束条件的多点切触加工约束解区域的分析；两个切触点之间的附加约束条件（第二约束条件）以及满足两个约束条件的第二切触点的位置求解；多点切触加工的加工带宽控制问题（刀位优化）。理论推导了多点切触加工约束条件及其解区域的解析表达式，并对多点切触加工的解区域进行了局部干涉分析。分别给出了多点切触加工中，基于最大欠切误差的加工带宽控制和整体干涉的加工带宽控制的控制方法和计算流程，并对其中的一些计算方法的收敛性进行了分析。最终建立了多点切触加工理论框架，初步形成一套理论体系。为了消除多点切触加工算法对走刀方向限制的问题，对端点误差控制刀位算法进行了讨论。利用刀具自由度分析和优化刀位的加工误差曲线等分析结果，说明了新算法的刀具定位原理。以两个端点之间偏置距离和偏置方向为优化变量，分别采用对分法和格点法进行了刀位优化。另外，还对曲面点邻域结构应用该算法，推导出端点误差控制刀位算法加工误差曲线形状的判别公式，得出只有走刀方向近似沿着工件曲面最小主曲率方向，端点误差控制刀位算法才能获得“W”形的加工误差曲线，而此时的加工带宽也最宽。推出了单切触点单端点数控加工算法，该算法中采用了一个切触点和一个端点进行定位，省去了端点误差控制刀位算法中刀具旋转角的计算过程。算法以切触点和端点之间的偏置距离和偏置方向为优化变量，采用和端点误差控制刀位算法中同样的方法作为刀位优化手段。实际计算表明，两种算法的计算出来的刀位几乎相同。提出了基于加工误差曲线的宽行数控加工理论，该理论以加工误差曲线的特征分析，刀具定位中刀具自由度分析为几何基础，以各种数学优化方法为数学基础，利用优化刀位加工误差曲线的不同特征点进行刀具定位，获得不同的宽行数控加工刀位优化方法。该理论对现有几种宽行数控加工算法进行了归纳统一，并且在此基础上进行演绎，推出新的宽行数控加工算法，从更深的层次上揭露了宽行数控加工算法的核心和本质。对鼓形刀的加工自由曲面的刀具尺寸的选择和刀位优化进行了研究，并对鼓形刀的加工误差的计算进行了详细讨论，推出了离散刀具表面和离散刀轴两种加工误差计算方法。用UG/Open API将各种刀位算法嵌入到UG/CAM系统中，从而使得新的算法能够得到广泛应用。利用机构奇异特性分析，推导了五坐标数控加工机床的反解运动学奇异位置，机床在靠近其反解运动学奇异位置加工时，会引起严重而反常的非线性误差。为了在曲面加工时消除这种现象，提出了避免机床在其反解运动学奇异位置加工的方法。利用了上述的几种宽行数控加工算法，对某航空发动机的压气机叶片生成了加工刀位。并进行了刀位算法和机床反解运动学奇异的验证加工试验。加工误差测量表明宽行数控加工技术可以有效地应用到曲面加工领域，用于提高五坐标数控加工效率。