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河北建筑工程学院毕业设计（论文）外文资料翻译学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机121姓名：赵正鹏学号：2012307134外文出处：Amachiningpotentialfieldapproachtotoolpathgenerationformulti-axissculpturedsurfacemachining附件：1、外文原文；2、外文资料翻译译文。指导教师评语：签字：年月日注：请将该封面与附件装订成册。多轴刀具曲面加工路线的生成方法——加工势场法许闻廉李元鑫摘要本文提出了一种加工势场（MPF）来确定多轴曲面加工走刀路线的方法。通过同时考虑零件的几何形状和刀具的几何形状，设计出加工势场。在加工面上，从最大可行的加工条带宽度和最佳切削方向，可以发现所构造的加工势场，而刀具路径可以通过以下的最佳切削方向产生。相比传统的ISO参数和ISO平面路径生成方法，生成的强积金多轴刀具路径可以用更短的加工时间，达到更好的表面光洁度。可行的刀具尺寸和刀具姿态也可以用强积金方法确定。所开发的技术可用于自动化多轴刀具路径生成和提高曲面加工的加工效率。关键词：刀具加工路线；曲面加工；CAD/CAM；五轴数控加工1简介模具和零件如果包括曲面，就是一个耗时和费力的过程，制造和抛光过程就会占用75%以上的总加工时间。数控机床从3轴到5轴的发展，加工效率和精度取得了相当大的进步。然而，5轴凸轮系统仍然主要依赖于用户的交互，往往缺乏灵活性。一个具有挑战性的任务是:不依赖人的交互，生成无误的曲面加工路径。自动生成的刀具路径，已开发的常用的方法有：等参数法，异面法，和等孔扇贝法。由于曲面几何的复杂性，很难进行曲面加工刀具路径的优化。传统的方法（等参数，等值面和等高度的方法）是先开始规划一部分边界路径，下一个相邻的刀具路径再根据前一个确定的。因此，只要初始边界被选中，在很大程度上确定的整体刀具路径的位置。虽然传统的方法考虑局部表面几何形状的刀具路径，但是仅限于一部分加工干涉检测。因此很多的努力都集中在零件表面的几何形状和刀具路径的加工效率之间的关系。王慧建议，最佳的加工路径通常是平行于最长的边界。Marciniak和Kruth分析了切削方向与零件表面的几何性质，认为当采用最佳切削方向时，应包括最大切削宽度和刀具路径匹配的部分曲面的主曲率方向。Sarma指出，相邻的刀具路径应该互相进行不平行的曲面加工。相邻刀具路径之间的距离不一定等于相邻刀具路径加工条带宽度的平均值。在我们早期的作品中，任意切削方向的加工条带宽度计算，是用非等参数工具路径生成。在这些方法中，刀具路径进行了优化，在本地和唯一的子优化刀具路径生成可以实现。可是刀具路径分布的全局寻优远未实现。为了提高加工效率和当前的刀具路径生成方法的精度，本文提出了一种新的方法加工——加工势场法（MPF），这种方法考虑零件的几何特性和刀具信息在优化多轴曲面加工刀具路径的生成。对复杂曲面进行加工时，加工带宽度可以达到最大化而且刀具路径总长度可以减少。2五轴刀具运动当刀具加工零件表面时，表面被分成两个区域，已加工区域（FA）和未加工的地区（UFA），如图1a所示（一）。已加工区域是在加工表面误差小于或等于给定公差T.未加工区域是在加工表面误差小于给定公差T.在已加工表面的点被称为结束点（FP）。在未加工表面的点被称为未完成的点（UFP）。加工表面时，刀具连续在未加工表面移动直到整个零件表面转化为已加工区域。使用数控机床来加工曲面零件表面时，表面必须覆盖一套刀具路径，如图1b所示（一）。注意，切削过程不需要遵循任何特定方向（如在传统的ISO参数或异平面法），它们可以是任意的。当刀具沿刀具路径移动时，加工表面误差小于一个给定公差的机械加工区域称为可行的加工带。要生成刀具路径，以实现加工表面质量，任何相邻的刀具路径的步骤之间的距离必须是不大于可行的加工条带宽度。为了评估加工带宽度，首先需要讨论五轴加工刀具的几何形状。在我们早期的工作中，提出广义刀具曲面如下（图2）：R1为底半径，R2圆角半径，L为刀具轴，长度A1、A2和A3是刀底参数、刀角、刀轴,描述点在角部的位置Š和是沿轴的角度。3.MPF曲面分析为了使加工带宽度W最大，刀具应与零件表面尽可能没有凹陷工件表面。当刀具的切削方向变化时，加工带宽度W也发生变化。如图4a所示，工作条件下，当刀具沿不同方向切削时，可以得到相应的加工条宽，如图4b所示。在找到最佳刀具路径的过程中，我们最终发现了切削角度和加工宽度的关系。如图4c所示，加工潜力补丁（MPP）在零件P点是利用加工宽度直径和横向方向的角位置的确定。MPP在点P代表变型加工宽度Wi沿着不同的切削角度，如图4（c）所示。MPP在点P可以定义如下：=其中切削方向指局部表面坐标点P，是刀具的几何形状，（）是刀具参数，t是给定公差。最大的mpp加工宽度的方向称为最优方向（OD），如图4d所示。为了表示切削零件表面的趋势，加工场（MPF）是在零件表面由加工潜力的补丁（MPP）。图5显示了一个加工场（MPF）的一部分的表面，它由一组加工潜力的补丁（MPP）在零件表面。加工场（MPF）的一部分表面代表整体（全球）最佳切削方向基于零件表面几何倾向，给定的刀具几何参数，刀具方向，和给定的公差。在这项研究中，加工场（MPF）的一部分表面采用一套加工潜力的补丁了（MPP）均匀分布在零件表面。对于任何表面点，其加工的潜在补丁可以通过插值其相邻的采样加工潜在的补丁。4。寻找最佳初始刀具路径加工场（MPF）包含的切割和加工带宽度之间的关系的信息。如图5所示，如果产生以下的最佳方向是刀具路径（OD）在每一个刀具接触点，这种路径的最大加工宽度和被称为一个潜在的刀具路径（PTP）。潜在的刀具路径初始化从表面点被称为。代表刀具路径的质量指标定义为平均加工生成的刀具路径的宽度。定义1：平均加工刀具路径宽度定义为总的刀具扫掠面积超过总路径长度。=，=其中=是总刀具扫描给定的刀具路径的面积，n是在给定的刀具路径的切削运动的数目，Dj是两步的距离，和WJ是第j个刀具运动相应的加工带宽度。计算刀具扫掠面积在附录中进行了讨论。生成高效的刀具路径，平均加工刀具轨迹的宽度应尽可能大。为了评价刀具路径的切削效率，给定刀具路径的切削效率指数被定义为如下（图6）：定义2：切削刀具路径效率指数定义为实际的刀具扫掠面积除以推进距离DJ乘以加工带钢宽度最大步骤和，J在每个刀具接触点（CCJ，JŠ1，¼，n），即：=，其中：是实际的刀具扫掠面积，DJ是两步的距离，和是最大加工宽度在MPP两刀触点沿刀具路径。式中，最大可能波及区，如果发生在触点刀，遵循最佳方向与最大加工宽度，表现为颜色浅加工条形图6。当实际切削方向不同于最优切削方向（如图6所示的大胆的向量），实际加工带钢宽度WJ和实际扫掠面积djwj（如图6所示的深加工带）小于最优的。切割效率在用来代表实际扫掠面积和最大可能的扫掠面积比定义。因此，只有潜在的刀具路径（PTP），遵循最优方向在每一个刀具接触点具有最大的切削效率，和其他的刀具路径的切削效率。为了提高加工效率，切削所产生的刀具路径应尽可能提高效率，和平均加工带钢宽度应尽可能宽。如图7所示，一组潜在的刀具路径（PTP）的产生是覆盖整个表面，而且PTP拥有最大值作为初始路径（ITP）。这最初的刀具路径（ITP）具有最大的切削效率，=1具有最广泛的平均加工带钢宽度在零件表面。最初的刀具路径（ITP）可以从一组可能的刀具路径的确定（PTP）如下（图7中还显示）：其中等式中，是加工表面一点上的，平均加工的刀具路径与潜在的带钢宽度。最初的刀具路径（ITP）是用于生成加工整个零件表面相邻的刀具路径。在下一节中讨论了生成相邻刀具路径的细节。5。从初始刀具路径生成相邻刀具路径6。多轴刀具路径生成复杂曲面的算法7。计算机实现与实例8。结论与讨论致谢信附录A工具路径扫描面积计算参考文献作者简介：许闻廉是CAM系统开发工程师。他在北卡罗来纳州立大学工业工程系获得了硕士（1997）和博士学位（2000）学位，并在台湾大学1992年获得了造船与海洋工程系学士学位。他的研究兴趣包括计算机辅助设计/凸轮/数控体系结构的多轴数控加工，计算几何制造和系统集成。他的邮箱是[e-mail]。李元鑫是美国北卡罗来纳州立大学工业工程系副教授，普渡大学在他获得了硕士（1990）和博士学位（1993），而他的学士学位在台湾大学获得。他的研究兴趣包括3轴和5轴曲面加工、CAD/CAM集成，计算机辅助工艺规划，设计和制造的计算几何。他是一个注册的专业工程师，同时在系统集成和控制方面也是一个被认证的制造工程师。李博士获得了美国国家科学基金会NSFCAREER奖（NSF）。还获得了1997年美国制造工程师学会（SME）颁发的十大杰出青年工程师奖，1998年在伦敦获得了由泰勒和弗兰西斯杂志颁发的诺尔曼杜德利奖，，1999荣获安德森优秀教师奖和2000部优秀教材奖。现在他是制造系统杂志的副主编（JMS）他的邮箱是[e-mail]。