四自由度无瞬心包络铣削螺旋曲面加工方法研究
摘要
三自由度无瞬心包络铣削螺旋曲面的加工方法无论在理论研究还是在实际应用方面都已取得了显著的成效，螺旋曲面(螺杆)也正以其独特的优点广泛应用于各个工业部门。然而随着螺杆应用范围的扩展，螺杆型线不断复杂化、多样化，三自由度无瞬心包络铣削法已不能满足部分型线的加工要求，为此本文在三自由度无瞬心包络铣削法的基础上，针对螺杆压缩机阴阳转子的特性，在国内首次提出四自由度无瞬心包络铣削螺旋曲面的新方法，赶超国际螺旋曲面加工技术水平，具有重要的理论和现实意义。
本文在对自由曲面、螺旋曲面的加工方法及步骤进行详细的研究和归纳总结的基础上，确定了采用四自由度无瞬心包络铣削方法求解螺杆压缩机阴阳转子加工刀具空间轨迹的方法和步骤。解决了如何由数据点拟合成光滑曲线、确定合理的步距点、找出干涉、排除干涉等一系列求解空间刀具轨迹的关键问题，并且运用VC++、Matlab语言实现了上述算法及仿真加工过程。
采用大刀尖角铣刀加工螺杆具有高效率，低成本的优点，但是在三自由度的机床上难以实现。所以本文还将四自由度无瞬心包络铣削法运用到求解大刀尖角铣刀加工螺杆的无干涉刀具轨迹中。
四自由度无瞬心包络铣削法扩展了目前三座标螺杆铣床的加工范围和加工性能。
At present ,three-axial non-instaneous envelope me -thod had been made great achievement both theory and practice.Helical surface is being used widely in every s-ection of industry for its special characters.But with its variety and specialization , three-axial non-instaneous envelope method had not meet needs. So four-axial non -instaneous envelope method was set forth firstly in this article, which is based on three-axial non-instaneous envelope and spiral rod compressor rotator speciality.This method possesses important theory and practice meaning.
In this article, the method and steps of milling rotators tool path was defined on the basis of research and summary on free-surface . spiral surface machining. How to form slick curve from data points, define reasonable machining points, find and exclude interference and so on are solved too in this article.Above arithmetic and simu- lation are realized through VC++ and Matlab language.
This method is also used to solving tool-path to machine spiral rod with larger tool-angle possessing some characters, such as high efficiency,low cost and so on, which
couldn't be realized in three-axial machine.
So four-axial non-instaneous envelop mehtod enl-arges the scope of three-axial machine and character.
本文在对自由曲面、螺旋曲面的加工方法及步骤进行详细的研究和归纳总结的基础上，确定了采用四自由度无瞬心包络铣削方法求解螺杆压缩机阴阳转子加工刀具空间轨迹的方法和步骤。解决了如何由数据点拟合成光滑曲线、确定合理的步距点、找出干涉、排除干涉等一系列求解空间刀具轨迹的关键问题，并且运用VC++、Matlab语言实现了上述算法及仿真加工过程。
采用大刀尖角铣刀加工螺杆具有高效率，低成本的优点，但是在三自由度的机床上难以实现。所以本文还将四自由度无瞬心包络铣削法运用到求解大刀尖角铣刀加工螺杆的无干涉刀具轨迹中。
四自由度无瞬心包络铣削法扩展了目前三座标螺杆铣床的加工范围和加工性能。
At present ,three-axial non-instaneous envelope me -thod had been made great achievement both theory and practice.Helical surface is being used widely in every s-ection of industry for its special characters.But with its variety and specialization , three-axial non-instaneous envelope method had not meet needs. So four-axial non -instaneous envelope method was set forth firstly in this article, which is based on three-axial non-instaneous envelope and spiral rod compressor rotator speciality.This method possesses important theory and practice meaning.
In this article, the method and steps of milling rotators tool path was defined on the basis of research and summary on free-surface . spiral surface machining. How to form slick curve from data points, define reasonable machining points, find and exclude interference and so on are solved too in this article.Above arithmetic and simu- lation are realized through VC++ and Matlab language.
This method is also used to solving tool-path to machine spiral rod with larger tool-angle possessing some characters, such as high efficiency,low cost and so on, which
couldn't be realized in three-axial machine.
So four-axial non-instaneous envelop mehtod enl-arges the scope of three-axial machine and character.
引文
[1] 邢子文．螺杆压缩机——理论、设计及应用．机械工业出版社，2000(8)：2～10
[2] 李存绪．第一届全国螺杆设计制造技术会议评述．压缩机技术，2000(1)：15～16
[3] 李小平．自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨迹的计算方法．模具设计与制造，2000(1)：37～39
[4] 乐美豪．我国螺杆制造技术的发展趋势．制造技术与机床，2000，9(20)：5～6
[5] 王可，赵文珍，唐宗军等．异形螺杆无瞬心铣削技术研究．中国机械工程，2001(3)：294-296
[6] 李立杰．空间自由曲面五坐标数控加工无干涉刀位轨迹生成算法．航空制造技术，1999(3)：35～37
[7] 石照耀．基于开环控制的螺旋面的测量技术．制造技术与机床，1999(10)：11～12
[8] 杨向红．螺旋曲面数控加工刀具运动轨迹计算方法研究．沈阳工业大学硕士论文，1999(1)：17～19
[9] 沈兵．基于密切曲率法的加工理论及算法研究．机械，1999，26，(4)
[10] 李浙昆．NC刀具轨迹设计中的几个优化问题．机械设计与制造，1999(4)：37～38
[11] 周艳红．五坐标数控加工的理论误差分析与控制．机械工程学报．1999，35(5)：54～57
[12] 单岩．面向曲面NC位计算的基本单元模型．中国机械工程，1999，10(12)：1330～1331
[13] 李庆扬，王能超，易大义．数值分析．华中工学院出版社．1982，19～63
[14] 周凯．自由曲面数控加工的直接插补控制方法．组机与自动化，1998(5)
[15] 杨勇生．一种NC加工中无干涉刀具轨迹的生成算法．航空工艺技术，1998(3)：9～11
[16] 周艳红．自由曲面三坐标加工走刀步长的确定．华中理工大学学报，1998，26(8)：7～9
[17] 邢子文．螺杆压缩机转子齿形优化．流体机械，1998，26(8)：19～22
[18] 刘卫华．近十年来压缩机技术研究动向．压缩机技术，1998(4)：33～35
[19] 应维云．曲面离散法数控加工干涉处理．机械工艺，1998(10)：12～13
[20] 任秉银．自由曲面五坐标数控加工中几个关键问题的研究．组机与自动化，1998(8)：33～36
[21] 李世杰．数控铣削中刀具路径的拓扑分析．河北工学院学报，1998，27(3)：70～73
[22] 吕战争．CNC系统中刀心轨迹的处理方法．洛阳工学院学报，1998，19(4)：11～15
[23] 钟建琳．曲面加工中避免全局刀具干涉的方法．华中理工大学学报，1998，26(12)：19～21
[24] 马向阳．曲面数控加工中刀具干涉的检验．制造技术与机床，1996(6)：18～20
[25] 邓谦．单螺杆压缩机设计、加工和装配技术研究．流体机械，1996，24(7)：11～15
[30] 吴建华．国内外单螺杆压缩机的发展及啮合副型线研究．压缩机技术，1996(4)：11～14
[31] 邓谦．单螺杆压缩机的进展与突破．压缩机技术，1996(6)：40～44
[32] 冉瑞江．用投影方法进行数控加工干涉检查与修正．机械工程学报，1996，32(6)：1～5
[33] 单岩．曲面数控加工刀位点计算的新方法．组合机床与自动化，1996(11)：24～27
[34] 周艳红．自由曲面CNC高速高精加工．华中理工大学学报，1996，24(12)：21～23
[35] 查谦．关于螺杆压缩机的几个问题．压缩机技术，1996(1)：38～39
[36] 杨文玉．曲面加工中的路径规划与干涉处理．机械与电子，1996(1)：17～20
[37] 喻道远．空间自由曲面数控加工轨迹的计算方法．计辅设计与图形学报，1995，7(4)：250～256
[38] 宁亭．四轴数控加工中心工件点轨迹计算分析．机械工业自动化，1994，16(4)：37～39
[39] 段正澄．空间自由曲面非球头刀加工轨迹自动生成的新原理和计算方法．机械工程学报，1994，30(6)：21～26
[40] 叶伯生．数控机床的螺旋线和正弦线插补．制造技术与机床，1993(8)：10～11
[41] 高其烈．螺杆压缩机宏观动向．流体工程．1993，21(3)：41～42
[42] 张凯．微机自动编程在复杂曲面加工中的应用．模具工业，1993(2)：47～49
[43] 黄茜．自动编程中加工干涉处理算法研究．机械工业自动化，1993(2)：27～30
[44] 尤德昆．我国螺杆加工技术现状及水平．石油机械，1993，21(5)：5～10
[46] 王小椿．密切曲率法—一种自由曲面加工的新概念．西安交通大学学报，1992(5)：51～58
[47] 张瑞乾．用密切曲率法加工自由曲面及其刀位轨迹的排列．西安交通大学学报，1997，31(12)：55～60
[48] 刘雄伟．自由曲面的三坐标加工编程．组机与自动化，1991(6)：21～27
[49] 卜啸华．螺杆压缩机发展动向：西德斯图加特大学学习考察报告．动力机械通讯，1985(3)：1～22
[50] 陈志强．螺旋体的加工．机械工艺师．1984(10)：14～16
[51] 王存新．压缩机的发展趋势．《国外机械工业》机械部科技情报研究所，1984(5)：22～25
[52] OliverJ H, Wysocki D A, Goodman E D.Gouge detection algorithms for sculptured surface NC generation. ASME Journal of Engineering for Industry, 1993, 115(1).139～144
[53] maufacturability analysis for a sculptured surface using visibility cone computation. Inter J of advanced manufacture tech 99,15(5)317～321
[54] improved tool-path-generation,error measures and analysis for sculptured surface machining. Inter J of production research 99,37(2)413～431
[55] an adaptive tool path generation algorithm for precision surface machining. CAD 99,31(4)
[56] a semi-analytical method of finding an optimum cutter path for face milling 3-sided convex surfaces. CAD 98,36(2)343～355
[57] tool-path generation for pockets with freedom curves using Bezies convex Hulls. Inter J of advanced manufacturing 97,13(2)
[58] Susan X Li,Robert B Jeard. 5-axis machining of scultured surfaces with a flat-end cutter. Computer Aided Design. 1994, 26(3): 165～178
[59] Lee Y S ,Chang T C. 2-Phase approach to Global Tool Interference Avoidance in 5-Axis Machining .CAD, 1995, 27(10): 715～729
[2] 李存绪．第一届全国螺杆设计制造技术会议评述．压缩机技术，2000(1)：15～16
[3] 李小平．自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨迹的计算方法．模具设计与制造，2000(1)：37～39
[4] 乐美豪．我国螺杆制造技术的发展趋势．制造技术与机床，2000，9(20)：5～6
[5] 王可，赵文珍，唐宗军等．异形螺杆无瞬心铣削技术研究．中国机械工程，2001(3)：294-296
[6] 李立杰．空间自由曲面五坐标数控加工无干涉刀位轨迹生成算法．航空制造技术，1999(3)：35～37
[7] 石照耀．基于开环控制的螺旋面的测量技术．制造技术与机床，1999(10)：11～12
[8] 杨向红．螺旋曲面数控加工刀具运动轨迹计算方法研究．沈阳工业大学硕士论文，1999(1)：17～19
[9] 沈兵．基于密切曲率法的加工理论及算法研究．机械，1999，26，(4)
[10] 李浙昆．NC刀具轨迹设计中的几个优化问题．机械设计与制造，1999(4)：37～38
[11] 周艳红．五坐标数控加工的理论误差分析与控制．机械工程学报．1999，35(5)：54～57
[12] 单岩．面向曲面NC位计算的基本单元模型．中国机械工程，1999，10(12)：1330～1331
[13] 李庆扬，王能超，易大义．数值分析．华中工学院出版社．1982，19～63
[14] 周凯．自由曲面数控加工的直接插补控制方法．组机与自动化，1998(5)
[15] 杨勇生．一种NC加工中无干涉刀具轨迹的生成算法．航空工艺技术，1998(3)：9～11
[16] 周艳红．自由曲面三坐标加工走刀步长的确定．华中理工大学学报，1998，26(8)：7～9
[17] 邢子文．螺杆压缩机转子齿形优化．流体机械，1998，26(8)：19～22
[18] 刘卫华．近十年来压缩机技术研究动向．压缩机技术，1998(4)：33～35
[19] 应维云．曲面离散法数控加工干涉处理．机械工艺，1998(10)：12～13
[20] 任秉银．自由曲面五坐标数控加工中几个关键问题的研究．组机与自动化，1998(8)：33～36
[21] 李世杰．数控铣削中刀具路径的拓扑分析．河北工学院学报，1998，27(3)：70～73
[22] 吕战争．CNC系统中刀心轨迹的处理方法．洛阳工学院学报，1998，19(4)：11～15
[23] 钟建琳．曲面加工中避免全局刀具干涉的方法．华中理工大学学报，1998，26(12)：19～21
[24] 马向阳．曲面数控加工中刀具干涉的检验．制造技术与机床，1996(6)：18～20
[25] 邓谦．单螺杆压缩机设计、加工和装配技术研究．流体机械，1996，24(7)：11～15
[30] 吴建华．国内外单螺杆压缩机的发展及啮合副型线研究．压缩机技术，1996(4)：11～14
[31] 邓谦．单螺杆压缩机的进展与突破．压缩机技术，1996(6)：40～44
[32] 冉瑞江．用投影方法进行数控加工干涉检查与修正．机械工程学报，1996，32(6)：1～5
[33] 单岩．曲面数控加工刀位点计算的新方法．组合机床与自动化，1996(11)：24～27
[34] 周艳红．自由曲面CNC高速高精加工．华中理工大学学报，1996，24(12)：21～23
[35] 查谦．关于螺杆压缩机的几个问题．压缩机技术，1996(1)：38～39
[36] 杨文玉．曲面加工中的路径规划与干涉处理．机械与电子，1996(1)：17～20
[37] 喻道远．空间自由曲面数控加工轨迹的计算方法．计辅设计与图形学报，1995，7(4)：250～256
[38] 宁亭．四轴数控加工中心工件点轨迹计算分析．机械工业自动化，1994，16(4)：37～39
[39] 段正澄．空间自由曲面非球头刀加工轨迹自动生成的新原理和计算方法．机械工程学报，1994，30(6)：21～26
[40] 叶伯生．数控机床的螺旋线和正弦线插补．制造技术与机床，1993(8)：10～11
[41] 高其烈．螺杆压缩机宏观动向．流体工程．1993，21(3)：41～42
[42] 张凯．微机自动编程在复杂曲面加工中的应用．模具工业，1993(2)：47～49
[43] 黄茜．自动编程中加工干涉处理算法研究．机械工业自动化，1993(2)：27～30
[44] 尤德昆．我国螺杆加工技术现状及水平．石油机械，1993，21(5)：5～10
[46] 王小椿．密切曲率法—一种自由曲面加工的新概念．西安交通大学学报，1992(5)：51～58
[47] 张瑞乾．用密切曲率法加工自由曲面及其刀位轨迹的排列．西安交通大学学报，1997，31(12)：55～60
[48] 刘雄伟．自由曲面的三坐标加工编程．组机与自动化，1991(6)：21～27
[49] 卜啸华．螺杆压缩机发展动向：西德斯图加特大学学习考察报告．动力机械通讯，1985(3)：1～22
[50] 陈志强．螺旋体的加工．机械工艺师．1984(10)：14～16
[51] 王存新．压缩机的发展趋势．《国外机械工业》机械部科技情报研究所，1984(5)：22～25
[52] OliverJ H, Wysocki D A, Goodman E D.Gouge detection algorithms for sculptured surface NC generation. ASME Journal of Engineering for Industry, 1993, 115(1).139～144
[53] maufacturability analysis for a sculptured surface using visibility cone computation. Inter J of advanced manufacture tech 99,15(5)317～321
[54] improved tool-path-generation,error measures and analysis for sculptured surface machining. Inter J of production research 99,37(2)413～431
[55] an adaptive tool path generation algorithm for precision surface machining. CAD 99,31(4)
[56] a semi-analytical method of finding an optimum cutter path for face milling 3-sided convex surfaces. CAD 98,36(2)343～355
[57] tool-path generation for pockets with freedom curves using Bezies convex Hulls. Inter J of advanced manufacturing 97,13(2)
[58] Susan X Li,Robert B Jeard. 5-axis machining of scultured surfaces with a flat-end cutter. Computer Aided Design. 1994, 26(3): 165～178
[59] Lee Y S ,Chang T C. 2-Phase approach to Global Tool Interference Avoidance in 5-Axis Machining .CAD, 1995, 27(10): 715～729