题目：基于刀心驱动的环面刀具加工算法

五坐标数控机床的实用化，为实现通用刀具的高效数控加工提供了物质条件，但长期以来，针对组合曲面根部区域刀位算法的研究多停留在基于球头刀的加工方法上，致使根部区域加工带宽较窄，严重制约了加工效率的提高, 限制了五轴机床潜力的发挥。本文以宽行加工理论为指导，研究利用环面刀具五坐标端铣加工组合曲面根部底面区域和五坐标侧铣加工根部圆角过渡区域的新方法。(1) 提出了一种基于刀心驱动的环面刀具宽行加工组合曲面底部区域的新方法。 对现有的组合曲面底部区域清根加工刀位优化算法进行分析，指出了算法中不足；详细阐述了本算法的基本原理，即通过约束刀心位置实现刀具两个自由度的运动规划；具体介绍了算法实现的流程，包括刀具定位、刀具坐标系的建立和变换、刀位误差分布求取、刀位优化模型的建立与求解、刀轨规划；以某航空发动机压气机叶片为例进行了具体模型的刀具轨迹计算，并对UG算法、端点清根算法和基于刀心驱动算法的计算效率和稳定性进行比较。(2) 对于变曲率的组合曲面根部圆角区域，目前还没有可用的宽行加工刀位算法，因此有必要寻找一种针对圆角过渡区域进行宽行加工刀位优化的途径。本文基于纬线分划环面刀的基本原理，研究了利用复杂母线环面刀具侧铣加工组合曲面圆角过渡区域的新方法。首先设计一种具有复杂母线的环面刀具模型，对刀具有效切削刃进行数学描述，并阐述了环面刀宽行侧铣加工圆角过渡区域的干涉避免及干涉检查方法。然后确定环面刀在工件曲面上局部坐标系的初始位置，通过调整刀具姿态角，使刀具表面和工件表面在不发生干涉的条件下实现密切接触。通过迭代判断使下一行刀轨的驱动线和当前刀轨的右边界在精度范围内搭接，实现刀轨的合理编排。最后，以某航空发动机叶片为例进行刀轨计算，并在Vericut中加工仿真，验证了算法的有效性和合理性。(3) 利用所编制的程序分别进行了压气机叶片根部宽行铣削加工实验和航空发动机静子叶片全型面宽行磨削加工实验，均取得了良好的加工效果。结果表明所研制的算法能够有效应用于叶片根部区域，并在实现叶片全型面加工方面有突破。