复杂组合曲面无干涉五轴加工刀位生成理论及应用研究

具有复杂外形结构的零部件由多张曲面组合而成，应用五轴数控机床加工这类零部件的关键是对组合曲面生成一条合理、高效的无干涉刀具路径。本项目就解决这一关键问题提出了研究思路和方法：对已确定刀触点路径上的每个刀触点进行干涉验证，结合刀具定位方式，将验证后无干涉的刀触点经坐标变换计算其对应的刀位。以零部件三角面片数据模型为基础，将零部件各表面分为陡峭面和平坦面进行分析，研究对应的刀具定位策略并建立刀触点处五轴侧铣、端铣模型以研究加工行距的计算问题；通过计算刀心点和刀具轴线段与各曲面的最短距离以判断刀具与各相邻曲面间的位置关系从而为刀具参数的优化选取、刀具干涉检验与修正、相邻曲面间的过渡加工等关键技术问题提供依据。本项目的研究结论对组合曲面五轴加工路径的生成具有理论意义，对工业产品中一些关键零部件的精密、高效加工具有实际应用价值。

具有复杂外形结构的零部件由多张曲面组合而成，应用五轴数控机床加工这类零部件的关键是对组合曲面生成一条合理、高效的无干涉刀具路径。本项目将微分几何理论应用于组合曲面无干涉五轴加工刀具路径生成方法的研究，分别推导出刀触点处刀具曲面和工件曲面曲率分布方程，结合这两个方程，进行进给步长、加工行距以及相邻刀触点等的计算并建立判断有无干涉发生的条件，利用该条件对刀具姿态角进行修正以避免干涉；同时项目还对已确定刀触点路径上的每个刀触点进行干涉验证，结合刀具定位方式，将验证后无干涉的刀触点经坐标变换计算其对应的刀位；研究过程中以零部件三角面片数据模型为基础，将零部件各表面分为陡峭面和平坦面进行分析，研究对应的刀具定位策略并建立刀触点处五轴侧铣、端铣模型以研究加工行距的计算问题；通过计算刀心点和刀具轴线段与各曲面的最短距离以判断刀具与各相邻曲面间的位置关系从而为刀具参数的优化选取、刀具干涉检验与修正、相邻曲面间的过渡加工等关键技术问题提供依据。本项目的研究结论对组合曲面五轴加工路径的生成具有理论意义，对工业产品中一些关键零部件的精密、高效加工具有实际应用价值。综上所述，通过本项目的开展和实施，可为我国复杂组合曲面的多轴数控加工领域带来新思路和理论基础，特别是在五轴高速高精曲面加工等方向有重要的现实意义，对提高五轴曲面数控加工的精度及其在航空航天制造领域的实际应用等方面具有重要科学意义。