基于场论的曲面加工刀具路径生成算法及应用

摘要

为提高曲面加工刀具路径的质量，在刀路生成算法中应同时考虑不同的加工需求。在传统的刀具路径生成算法中，由于缺乏统一的数学计算框架，这些需求往往需要单独考虑，然而不同的需求间往往相互抗衡，以至不同需求不能同时满足、刀路不能达到最优。为解决该问题，提出了一种可扩展、适用于任意曲面的刀具路径生成算法框架。该算法框架通过在加工区域建立基于势能场的优化泛函及基于梯度场的不等式泛函，把刀具轨迹计算问题转换成有约束的泛函优化问题。通过建立有限元逼近，该泛函优化问题转化成了数值优化问题，降低求解的难度。
　　针对叶片叶身粗加工、叶片相贯面加工的工艺特点，阐述了把刀路平顺性、最大切宽约束等需求转换为目标泛函的优化目标及约束的方法。介绍了用本算法框架产生均匀、连续螺旋刀路的方法。提出了两种控制刀路最大行宽的方法，以保证产生的刀路在尽可能平顺的情况下满足最大行宽约束。为进一步提高加工效率，提出了一种基于对加工区域自动分区并在不同区域分别用往复刀路、螺旋刀路加工的方法。
　　针对模具面加工的工艺需求，提出了把刀路平顺性、行宽约束、切削方向约束等加工需求转换为对势能场等势线的约束，并通过优化的方式分别产生往复刀路、刀触点轨迹等截面刀路的方法。
　　仿真及加工实验表明用该算法可产生连续、平顺的刀路，可提高加工质量和加工效率。通过把不同的加工需求加入本框架，可以产生综合考虑不同优化目标的刀路。

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1绪论

1.1课题来源、研究内容及意义

1.2研究目的与意义

1.3相关文献综述

1.4本文主要内容及框架

2 基于协变场论及泛函优化的曲面加工路径生成算法

2.1基于势能场等势线的刀路表达方法

2.2基于泛函优化的刀路优化方法

2.3基于三角网格逼近的泛函方程数值解法

2.4行宽控制方法

2.5本章小结

3 叶片叶身粗加工刀路生成算法

3.1叶片叶身粗加工的方式及刀路

3.2由等势线插值得螺旋轨迹的方法

3.3混合刀路法

3.4加工验证

3.5本章小结

4 叶片相贯面半精、精加工刀路生成算法

4.1相贯面曲面的加工方式及刀路

4.2控制最大行宽方法的改进

4.3混合刀路法

4.4加工验证

4.5本章小结

5 模具精加工刀路生成算法

5.1满足边界轮廓约束型刀路生成方法

5.2基于势能场的等截面型刀路生成方法

5.3实验

5.4本章小结

6 全文总结和展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

7 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文