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首页鼓锥形刀具在三元叶轮5轴粗加工中的应用与算法
"自由曲面三元叶轮5轴数控粗加工刀位生成算法的研究与应用" 在当前的工程技术领域,特别是在精密机械加工中,三元叶轮的制造工艺至关重要。三元叶轮因其复杂的自由曲面设计,对加工精度和效率提出了极高的要求。这篇2005年的论文,由吴广宽和席光共同完成,主要探讨了一种针对自由曲面三元叶轮的5轴数控粗加工刀位生成新算法。 论文中提到的核心技术是将鼓锥形刀具引入三元叶轮的粗加工过程中。这种刀具的设计旨在优化曲率匹配,以提高加工质量和效率。传统的加工方法可能使用球头刀具,但鼓锥形刀具的曲率特性使其能更好地适应叶轮的复杂曲面,从而增加加工带宽,实现宽行线接触,减少加工病害的可能性。 算法的关键在于动态模型的构建。通过引入时间因素,该算法能够实时计算不同时间节点下叶轮的特征曲面,模拟出更真实的加工过程,精确控制刀具与叶轮的空间关系,有效防止干涉和过切问题。此外,论文还采用了等距离偏置法生成走刀轨迹,确保刀位信息的准确无误,并通过干涉检验进行必要的刀位修正,以保证加工的精度和安全性。 在优化方面,研究者对进刀深度和偏置距离进行了合理的优化,避免了走刀的冗余,从而缩短了刀迹总长度,提升了加工效率。通过这种方式,与同等直径的球头刀具等距离偏置法相比,该算法在实际应用中可以提高约27.5%的加工效率。 这项工作为5轴数控粗加工提供了新的解决方案,特别是对于自由曲面三元叶轮这类高难度零件的加工,具有重要的理论价值和实践意义。通过这种创新的刀位生成算法,不仅提高了加工精度,还显著提升了加工效率,为航空航天、能源等领域中三元叶轮的高效制造提供了技术支持。
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第 39 卷 第 7 期
2005 年 7 月
西 安 交 通 大 学 学 报
JOURNAL OF XI′AN JIAOTONG UNIVERSITY
Vol .39 №7
Jul .2005
自 由 曲 面 三 元 叶 轮 5 轴 数 控 粗 加 工 刀 位 生 成 算 法
吴广宽, 席 光
(西安交通大学流体机械国家专业实验室, 710049, 西安)
摘要: 针对自由曲面三元叶轮的特点,将鼓锥形刀具引入到三元叶轮粗加工中,提出了基于动态模型的刀位
生成算法 .该算法引入时间因素,即时计算各时间节点叶轮特征曲面,建立了动态模型模拟加工过程,能真实
地反映刀具与叶轮的空间关系,降低了加工病害发生的可能性;采用等距离偏置法生成走刀轨迹,进而计算
粗加工刀位信息,并通过干涉检验进行刀位修正 .由于鼓锥形刀具与被加工曲面具有良好的曲率匹配 性,从
而增大了加工带宽,可实现宽行线接触加工 .与此同时,通过对进刀深度、偏置距离的合理优化,避免走刀冗
余,减少了刀迹总长度,从而提高了加工效率 .实例证明由此生成的粗加工刀位具有高效、可靠的特点,效率
比同直径球头刀具等距离偏置法提高约 27.5 % .
关键词: 自由曲面;粗加工;动态模型;刀位
中图分类号: TP391.73 文献标识码: A 文章编号: 0253987X(2005)07073104
Cutter Location Path Generation for 5-Axis Numerical Control Rough
Machining of 3-D Sculptured Surface Impeller
Wu Guangkuan, X i Guang
(State L aboratory of Fluid Machinery, Xi′an Jiaotong U niversity, Xi′an 710049, China)
Abstract: According to the characteristics of the 3-D sculptured surface impellers, a drum-taper cutter was
adopted in NC rough machining of impellers and a new algorithm of cutter location path generation was
proposed based on the dynamic model .By introducing a time factor into calculating characteristic surfaces
of each time node, this algorithm builds a dynamic model which represents correctly the spatial relation be-
tween the cutter and impeller in the machining process, and reduces the possibility of machining faults .The
cutter-contact path was obtained via offsetting characteristic surface with constant distance and it was cal-
culated and corrected by the interference checking .Because of the good curvature match between the cutter
and the surface, the machining width in each path is increased and thus the line-contact machining is real-
ized .In addition, cutter path redundancy is avoided and the total length of path is reduced by the reasonable
optimizing of feed depth and offset distance, and the manufacturing efficiency is largely improved .T he ma-
chining example shows that this proposed algorithm is efficient and reliable . Compared with constant-dis-
tance offset method using the ball-end tool with same diameter, the efficiency of this algorithm is improved
about 27.5 % .
Keywords: sculptured sur f ace; rough-machining; d ynamic model; cutter location
随着计算流体动力学(CFD)和计算机技术的发
展,流体机械的设计已经发展到全三维、准四维的阶
段,从而使得自由曲面三元叶轮 在设计领域得到广
泛应用 .然而,由于自由曲面 三元叶轮可 制造性不
好,工程中往往采用直纹曲面叶 轮替代自曲曲面叶
轮,因此难以实现设计的初衷 .加工制造理论和技术
收稿日期: 20041103 . 作者简介: 吴广宽(1975~),男,博士生; 席 光(联系 人),男,教授,博士 生导师 . 基金项目:
教育部跨世纪优秀人才培养计划基金资助项目;国家高技术研究发展计划燃气轮机重大专项项目(2002AA503020) .
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