● 摘要
五坐标刀轨生成方法一直是自由曲面数控加工研究的重点。宽行加工刀位算法是从20世纪80年代发展起来的一种新的刀位算法，算法以刀位带宽的最大化为优化目标，以追求更高的数控加工效率。本文在分析现有的宽行数控加工算法的基础之上，针对现有宽行加工算法的一些不足之处，提出了新的算法思路，主要内容如下：对现有的多点切触加工理论进行了分析，指出了多点切触加工理论的第一、二约束条件的实质及其不足；提出了对于多点切触加工理论两个约束条件的转化的思想，即使用两个角度约束来代替旧的约束条件。指出了新旧约束的内在一致性，并使用两个角度约束的思想对基于特征点的宽行加工算法进行改造，实现了宽行算法在过程上的统一。提出了基于两个切触点定位的，使用双角度约束的宽行加工算法：旋转求交刀位算法（Rotate-for-Intersect Method，RFIM）。对RFIM算法的误差线进行讨论，指出RFIM算法的误差分布并不会片面的追求“W”形并讨论了MPM算法和RFIM算法的内在一致性。使用双角度约束的思想提出了宽行加工算法在四轴加工和侧铣加工中的拓展。提出了基于角度约束的四轴数控加工刀位算法和一种基于一个切触点和一个端点定位的鼓形刀侧铣加工算法。讨论了鼓形刀和圆环刀在刀具参数上存在的内在一致性，并提出了类似的刀位误差求取算法和刀位干涉避让策略。在分析基于刀位误差线的宽行加工理论的局限性的基础上，提出了以刀轨优化为目标的数控加工数学模型。新的加工模型提出应对刀轨的整体考虑，关注刀轨的连续性和光顺性，综合考虑加工效率和被加工曲面的表面质量。多面片组成的测绘组合曲面的刀位计算中，由于各面片之间在几何不连续性造成的刀轨不光顺性严重的影响着曲面的加工表面质量，因此多面片组成的测绘组合曲面的加工一直是自由曲面加工的难点之一。为了解决此难题，本文提出了一种基于计算机图形学辅助的刀位算法，该算法使用平行截面法规划刀轨，使用组合曲面的多面体模型直接计算刀位，刀位调整过程使用双角度约束优化刀位参数。模型曲面的光顺程度影响数控加工刀轨光顺性，而刀轨光顺程度又影响着被加工曲面的表面质量。曲面的光顺性和刀轨的光顺性都对加工生成曲面的光顺程度影响很大。对于曲面的光顺性问题，本文针对某叶片型面，结合叶片设计中的一些基本的经验准则，提出一种基于空气动力学的叶片曲面光顺方法；对于刀轨的光顺性问题，本文提出通过一种监测机床各轴的变化量从而确定并插值修正过大非线性y误差刀位点的方法。以上两种方法可以在一定程度上缓解数控加工刀轨的光顺性问题，从而提高被加工曲面的表面质量。