双主轴车铣复合机床数控编程关键技术的研究

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数控编程技术是数控加工准备阶段的重要内容之一,是直接影响加工零件精度与加工效率的重要因素。伴随着航空、航天工业的不断发展,飞机结构件、发动机等部件具有多种数控加工特征高度集成的特点。为完成发动机部件等复合工件的加工,数控编程技术面临如下问题:现有的数控编程系统均是针对具有单独工艺的工件进行单通道的编程,无法满足复合工件多工艺多通道数控编程的需求。复合加工机床结构各异,编程过程中需对机床的运动学结构进行分析,根据机床的运动结构特点需将刀具运动轨迹转化为复合机床线性轴移动量与旋转轴旋转量。  在分析国内外数控编程研究工作的基础上,结合上述问题,本文着重研究了双主轴车铣复合机床数控编程问题,并对车铣复合机床的运动学建模与求解、复合工件模型车铣加工特征识别、双主轴复合机床主轴工序的划分等关键技术进行系统与深入的研究。主要研究内容如下:  1、车铣复合机床运动学建模与求解。  车铣复合机床种类繁多、结构各异,基于复合工件的编程过程需对机床运动学建模与求解,根据机床运动结构特点将刀具运动轨迹后置处理为机床各轴的进给量。论文以HTM63150iy九轴五联动非正交车铣复合机床为对象,应用D-H修正算法对复合机床进行运动学建模,基于齐次坐标变换与正向运动学的基本原理分别建立复合机床两个车削与两个五轴铣削加工特征形状创成函数。通过各加工特征形状创成函数进行逆向运动学求解,计算求得车铣复合机床各切削状态下运动轴的进给量,实现复合工件的刀具运动轨迹向九轴五联动非正交复合机床数控数据表达式的转化并通过实验进行验证。  2、复合工件车铣加工特征识别。  车铣复合工件具有车削、铣削等多种加工特征相互作用,现有的加工特征识别方法不利于复合工件各特征识别及编程通道划分。基于上述问题,本论文提出了复合工件模型车铣加工特征识别方法,根据复合工件模型内外表面的各自特征及其正交工件主轴截面信息,识别复合工件车削、铣削加工特征。另据车削加工体生成算法,计算复合工件的车削加工目标形状,提取其二维轮廓信息,用于复合工件车削加工通道编程。再由车削加工体与复合工件模型布尔运算获取铣削加工特征体信息,利用边界面的属性邻接关系对铣削加工特征体进行分类,用于复合零件铣削加工通道数控编程。通过对一个轴类三维复合工件模型的车、铣加工特征信息提取完成该方法的实验验证。  3、双主轴车铣复合机床主轴工序的划分策略。  基于双主轴车铣复合机床数控编程需要对零件划分两个主轴的加工顺序。通过对影响双主轴复合机床加工效率与精度因素分析,本论文根据平分毛坯切削量的思想提出了双主轴车铣复合机床主轴工序划分策略。毛坯与复合工件模型转化为三维网格模型,通过正交模型中心轴线平面组,分别计算求取两个模型在该平面组的截面信息,由两模型截面面积差值即复合工件该点处毛坯切削量,计算求取毛坯模型上所有切削量体积。将双主轴加工工艺划分边界设定为正交毛坯主轴并平分其切削量的平面,通过计算切削量体积求取加工工艺划分边界,完成双主轴车铣复合机床主轴工序的自动划分。根据给定工件与毛坯模型计算主轴加工工艺划分边界,并通过使用VERICUT数控加工仿真软件对双主轴复合机床加工过程仿真验证。
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