随着我国高新技术的迅速发展,在数控加工的领域,对各类难加工零件有了更多的要求,高精度、高效率的加工成为人们追求的目标。在对一些高端装备进行侧铣加工时,尤其是叶轮叶片、飞机机翼、船只螺旋桨等,其加工面通常由一些直纹曲面构成。在加工薄壁曲面时由于曲面存在非可展特性、刀具会产生跳动、零件刚度产生变化,加工时存在着原理性误差、跳动误差、变形误差等误差。针对这些问题,本文在构建非可展直纹面的基础上深入研究侧铣加工薄壁件的刀路优化与补偿方法。从几何和刚度的角度给出了误差的优化与补偿的模型,实现更高精度的加工目标。本文的研究内容和主要成果如下:1.介绍了NURBS曲线曲面的构造理论方法,并从直纹面两条边界方程、直纹面边界曲线的控制点和直纹面边界曲线的数据点三个方向着手构建非可展直纹面。其中可以从CAE软件构造的零件模型中得到直纹面边线的数据点,从而得到直纹面边线的控制点,通过反求控制顶点得到非可展直纹面在Matlab中的造型。2.针对圆柱刀在侧铣加工薄壁件曲面直纹面过程中存在的曲面原理性误差问题,提出了一种改进鲸鱼刀位优化算法,旨在减少侧铣加工时的原理性误差。首先对单个优化刀位以及多个离散刀位下的误差函数进行构造,并通过对薄壁曲面两条基线的参数点进行偏置构建初始刀位,然后在鲸鱼算法中引入混沌扰动来更新迭代过程中鲸鱼群体中较差的个体,在此基础上通过调整刀具的位姿实现误差的优化与补偿。3.在非可展直纹面的侧铣加工过程中,曲面的非可展的特性会影响加工后零件的表面质量,在铣削软质材料时,刀具跳动是零件表面的加工误差增大的主要因素。针对这一问题,本文提出了一种基于刀具跳动的非可展直纹面侧铣加工刀位优化方法。首先分析了原理性误差和刀具跳动误差耦合下的误差情况;然后构建了刀具跳动下的误差度量函数;随后通过测量法得到了刀具跳动后的实际回转轮廓半径;最后由定点旋转法确定初始刀位,在考虑刀具跳动的情况下通过单点摆动法对初始刀位进一步优化以达到刀路的优化与补偿。4.针对加工表面为非可展直纹面的薄壁件而言,薄壁特性使零件的刚度较低,极易发生弹性变形,影响零件的加工精度。针对零件刚度引起的弹性变形的问题,将机床系统视作刚体,建立刚度模型。在加工轨迹确定后,运用零件的法向刚度模型,求解出其表面法相刚度分布,并对刀具侧刃铣削力进行建模,将刚度和铣削力参数代入直纹面节点后获得节点的位移参数,对曲面进行3次B样条重构后通过刀具位置点及刀具姿态等参数的调整来获得工件变形后的加工刀位,进一步提高加工质量。综上所述,本文以直纹面的构造为基础,对薄壁件直纹面的原理性误差、刀具跳动误差和刚度引起的变形误差进行建模与分析,实现了对薄壁件加工的刀路优化与误差补偿。