题目：复杂曲面宽行加工五轴数控刀轨生成技术研究

五轴机床在曲面加工中的应用已经有30多年，但是由于曲面加工的高度复杂性，关于五轴加工的基本理论还没有完整地建立起来，因此目前的CAM系统都不得不采用一些简化的、近似的方法，这使得零件的加工质量和加工效率受到了严重的制约，所以国内外关于五轴刀位优化的研究一直都是热点。刀轨生成的关键技术主要包括刀轨规划技术、刀位优化技术、干涉检查技术、刀轨光顺技术和刀具优化技术等。本论文对其中的某些技术进行了深入的研究，具体研究内容叙述如下： （1）对宽行加工的基础理论进行了梳理和分析。首先，追溯了“宽行加工”这一概念的来源，对比了窄行加工和宽行加工。然后，基于加工中刀具工作面、工件设计曲面和工件实际曲面三者之间的关系，由传统包络理论引出了广义包络理论。广义包络的核心是特征线的求解，因此文中给出了基于最短距离线对的数值求解单个刀位特征线的方法，并阐述了特征线、刀位误差曲线和加工行宽之间的关系。最后，介绍了刀轨驱动的相关理论，将刀轨分为刀轨拓扑、刀位驱动点和刀轨驱动线几个要素，进行逐个分析，并且给出了课题组提出的几种典型刀轨驱动方法。 （2）基于宽行加工的中点误差控制算法，提出了实现双点切触的具体方法。首先，以环面刀加工圆柱面证明了刀位优化中存在双点切触的可能性。然后，对中点法定位时刀具的自由度进行分析，认为当误差曲线不对称时（即用中点法定位且只有一个切触点的时候），刀具可以绕着进给方向旋转一个很小的滚摆角。随后，提出并修正了双点切触算法调整的流程，并且与现有的双点切触算法进行了比较。最后，通过实例计算验证了提出的双点切触方法。 （3）在五轴加工中，加工行宽的剧烈变化会引起切削力明显的变化，尤其在磨削过程中会产生较大的磨削热量，这都会对刀具寿命和加工质量产生负面影响。在中点法的基础上，本论文提出了一种控制刀轨加工行宽波动的方法。首先，用中点法生成了加工工件曲面的初始刀轨。然后，通过调整刀具姿态来减小每个驱动点处的加工行宽，使得加工行宽的左边界或右边界收敛于刀轨的有效加工区域。其中，通过分析俯仰角、抬刀量与加工行宽的关系构建了可行刀位曲面，并研究了该曲面上的收敛曲线，在考虑刀轨光顺的情况下求取满足收敛条件的最佳刀具姿态。最后，采用两个实例对提出的方法进行了验证。 （4）针对宽行加工中的刀轨搭接问题进行了研究，提出了刀轨搭接的整体思路和具体实施方法。首先，定义了刀轨的有效加工区域，将刀轨搭接简化为刀轨有效加工区域之间的搭接。然后，提出了边界特征驱动点的概念，以减少刀轨驱动线调整时的计算量。随后，通过优化边界特征驱动点的调整顺序快速确定刀轨驱动线最终位置。最后，通过对某模具曲面的计算验证了提出的宽行加工刀轨搭接方法。 （5）用反环面刀具来加工叶片进排气边等凸边缘面具有其他刀具无法相比的效率优势。基于课题组前期的研究，本论文对反环面刀加工的原理和应用作了进一步的探索。首先，介绍了反环面刀具的定位过程。然后，以圆柱面的加工为例，研究了特征线及其在垂直于进给方向的平面上的投影，从而揭示了反环面刀具可以加工不同曲率半径的凸边缘面的原理。随后，介绍了刀具尺寸设计和刀位优化的基本思路。最后，通过对叶片进排气边的加工验证了反环面刀具的实用性。