基于準均勻三次B樣條曲線的“S”試件建模仿真加工

1、基于準均勻三次B樣條曲線的“S”試件建模仿真加工1.背景與需求國家在高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出了讓智能制造裝備產業(yè)基本滿足國民經濟重點領域和國防建設需求的發(fā)展目標。近年來，數控機床，特別是高速五軸聯動數控機床越來越多的應用在航空、航天、汽車、軌道交通、海洋工程、模具成型、化工原材料加工等領域。相比普通機床，五軸數控機床具有非正交運動軸，可以連續(xù)改變刀具的空間姿態(tài)，能夠加工自由曲面，具有加工精度高、零件加工一致性好、生產效率高等特點，適合加工復雜異形零件。在一些關鍵、復雜的零部件加工中，常常對零件的尺寸精度提出較高要求，尤其在數控機床的高速聯動加工中，不容易保證其加工精度。由于現

2、階段高端制造裝備的核心技術大多由發(fā)達國家所壟斷，出于政治、軍事、經濟的戰(zhàn)略角度考慮，其研發(fā)、制造以及保障技術一直被嚴格控制。我國正處于加快轉變經濟發(fā)展方式、實現由制造業(yè)大國向強國轉變的工業(yè)轉型升級期，國產高檔數控機床的性能嚴重制約著我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展。 數控機床在出廠安裝、調試以及后續(xù)的生產、保養(yǎng)、維修中都需要著重關注其加工性能，尤其是其加工精度。機床的各運動傳動部件以及控制環(huán)節(jié)產生的誤差會逐漸累積，最終反映在零件的加工誤差上。由于多軸數控機床在結構上的復雜性和多樣性，現有的國內外機床檢驗通則和規(guī)范都還僅限于三軸數控機床的靜態(tài)精度和低速加工性能，滿足不了高速五軸數控機床的檢驗要求。當前，在

3、我國數控機床市場中，高檔數控機床，特別是五坐標聯動、大型數控機床的市場份額為國外品牌所占領。機床工業(yè)的現狀致使我國航空結構件數控加工裝備長期以來以進口國外設備為主，尤其是五軸加工等高技術關鍵裝備接近100%依賴進口。中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司基于航空結構件的薄壁特性，提出了一種“S”形機床檢驗試件，如圖1所示。由沈陽機床（集團）有限責任公司、天津大學、成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司產學研用各方聯合實施，研制出了國產首臺用于復雜鈦合金航空結構件加工的五軸聯動加工中心。同時，通過“S”試件切削工藝技術研究，完成了“S”試件試切實驗。該試件在實際生產中能夠有效的檢驗五軸數控機床對航空

4、結構件的加工性能。通過三坐標測量機對“S”形檢驗試件的輪廓誤差進行測量，評判試件的加工精度，從而判斷機床的加工性能。圖1 “S”形機床檢驗試件92.專題作業(yè)2.1建模過程第一步：通過翻閱施法中老師的計算機輔助幾何設計與非均勻有理B樣條，得知準均勻三次B樣條曲線方程；通過matlab編程，將4組控制頂點擬合出4條B樣條曲線，如圖2所示。由于每條B樣條共有12個控制頂點，共能擬合9段曲線，通過給定參量步長，每段得到曲線上的101個點，從一百個點中的前、中、后分別選取一個點，又由于每段最后的一個點與下一段的第一個點相同，因此每條B樣條共采集19個點。相關程序見附錄1。圖2第二步：將每條B樣條的19個

5、頂點導入到UG中，生成出4條B樣條曲線,繪制出兩個直紋面，并構建“S”形實體模型，如圖3-4所示；圖3圖4第三步：根據毛坯尺寸，構建毛坯實體模型，如圖5所示。并將加工后的“S”形實體模型同毛坯模型組合在一起，如圖6所示。建模完成，等待進一步的仿真加工。圖5圖62.2工藝方案2.2.1切削刀具和切削參數切削刀具和對應的切削參數由機床廠家和用戶協商確定并作出記錄。選用下面為建議采用的刀具和切削參數。切削刀具：- 刀具類型：立銑刀- 20mm 刀具直徑：20毫米- 刀具工作長度：不小于50毫米切削刀具參數設置如圖7所示。圖7切削參數：推薦的切削深度為5-10毫米。針對不同類型的機床的進給速度要求推薦

6、如下：- 主軸轉速大于18000轉/分：5000毫米/分- 主軸轉速大于等于10000轉/分并小于18000轉/分：3000毫米/分- 主軸轉速大于等于6000轉/分并小于10000轉/分：2000毫米/分- 主軸轉速小于6000轉/分：1000毫米/分主軸轉速選取8000轉/分，進給率為2000毫米/分，如圖8所示。圖82.2.2加工過程加工坐標系如圖9所示圖9 加工坐標系步驟1：直紋面的粗加工。粗加工采用五軸側銑加工，保證S形曲面每邊各留1mm的加工余量。步驟2：直紋面的半精加工。半精加工采用五軸側銑加工，保證S形曲面每邊各留0.8mm的加工余量，如圖10所示。步驟3：直紋面的精加工。精加

7、工采用五軸側銑加工來獲得最終的S件曲面。圖10 半精加工余量設計參數2.3數控編程及仿真仿真粗加工軌跡生成如圖11所示：圖11半精加工軌跡生成圖12所示：圖12精加工軌跡生成圖13所示：圖13仿真界面如圖14所示：圖14仿真過程如圖15-16所示：圖15圖16數控編程粗加工程序、半精加工程序及精加工程序，見附錄2。3課程小結本實驗課程主要有兩部分組成，分別為理論部分和實踐部分。理論部分主要以老師上課講授并操作示范為主?？墒怯捎诔霾钤谕?，我錯過了僅有的一節(jié)寶貴的理論課。實踐部分，則要求我們按照要求建立一個“S”試件模型，并在給定毛坯參數的情況下，建立毛坯模型，然后用軟件對其仿真，生成刀軌和G代碼

8、，加工出“S”試件。由于自己之前對CAD/CAM軟件學習不深，用的不透，所以幾乎是從零開始學習，遇到了很多的問題。通過翻閱相關書籍、看視頻以及請教別人，我一點點地建立起了模型，并學著去進行仿真加工，生成刀軌和G代碼，終于完成了此次的作業(yè)。雖然很艱難，但是收獲頗多。在這里，非常感謝幫助我的同學師姐和老師。14附錄1Main1：clear;clc;load ctrlpz1.txt;%textD=ctrlpz1;%textctrlptsDn=length(D);%Dk = n/3;%Dp = zeros(3,k);%p3kfor i= 1:k p(:,i) = D(1,3*i-2:3*i);%pen

9、dLyCAD(p);%hold on;Main2：clear;clc;load ctrlpz2.txt;%textD=ctrlpz2;%textctrlptsDn=length(D);%Dk = n/3;%Dp = zeros(3,k);%p3kfor i= 1:k p(:,i) = D(1,3*i-2:3*i);%pendLyCAD(p);%hold on;FUNCTION:function LyCAD(p)t=0:0.01:1;%t0.001n = size(p, 2);%pnmfor i = 1:(n/2-3) if i=1 %3Bx x1 = p(1,i)*(-t.3+3*t.2-3*

10、t+1)+p(1,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(1,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2)+p(1,i+3)*1/6*t.3; %3By y1 = p(2,i)*(-t.3+3*t.2-3*t+1)+p(2,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(2,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2)+p(2,i+3)*1/6*t.3; %3Bz z1 = p(3,i)*(-t.3+3*t.2-3*t+1)+p(3,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(3,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2

11、)+p(3,i+3)*1/6*t.3; %3B end if i=2 %3Bx x1 = p(1,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(1,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(1,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(1,i+3)*1/6*t.3; %3By y1 = p(2,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(2,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(2,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/

12、6)+p(2,i+3)*1/6*t.3; %3Bz z1 = p(3,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(3,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(3,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(3,i+3)*1/6*t.3; end if 2i10 %3Bx x1 = p(1,i)*(-1/6*t.3+1/2*t.2-1/2*t+1/6)+p(1,i+1)*(1/2*t.3-1*t.2+2/3). +p(1,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(1,i+3)*

13、1/6*t.3; %3By y1 = p(2,i)*(-1/6*t.3+1/2*t.2-1/2*t+1/6)+p(2,i+1)*(1/2*t.3-1*t.2+2/3). +p(2,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(2,i+3)*1/6*t.3; %3Bz z1 = p(3,i)*(-1/6*t.3+1/2*t.2-1/2*t+1/6)+p(3,i+1)*(1/2*t.3-1*t.2+2/3). +p(3,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(3,i+3)*1/6*t.3; end %3B plot3(x1,y1,z1,r)

14、; grid on; axis square; hold on;endfor i = (n/2-3)+4:n-3 if i=1 %3Bx x1 = p(1,i)*(-t.3+3*t.2-3*t+1)+p(1,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(1,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2)+p(1,i+3)*1/6*t.3; %3By y1 = p(2,i)*(-t.3+3*t.2-3*t+1)+p(2,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(2,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2)+p(2,i+3)*1/6*t.3; %3

15、Bz z1 = p(3,i)*(-t.3+3*t.2-3*t+1)+p(3,i+1)*(7/4*t.3-9/2*t.2+3*t). +p(3,i+2)*(-11/12*t.3+3/2*t.2)+p(3,i+3)*1/6*t.3; %3B end if i=2 %3Bx x1 = p(1,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(1,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(1,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(1,i+3)*1/6*t.3; %3By y1 = p(2,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(2,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(2,i+2)*(-1/2*t.3+1/2*t.2+1/2*t+1/6)+p(2,i+3)*1/6*t.3; %3Bz z1 = p(3,i)*(-1/4*t.3+3/4*t.2-3/4*t+1/4)+p(3,i+1)*(7/12*t.3-4/5*t.2+1/4*t+7/12). +p(3