3+2轴机床加工复杂曲面的分区规划方法是一项针对数控加工领域中复杂曲面加工的创新技术。该技术旨在通过分区加工的方式解决3+2轴机床在加工复杂曲面时遇到的挑战。由于3+2轴机床结合了三轴机床加工成本低和五轴机床控制灵活、刚性较高的优势,该加工技术特别适用于复杂曲面的分区加工。
在介绍这项技术时,文章首先提到了复杂的曲面加工是数控加工技术中的一个关键研究方向。这涉及到使用球头刀、平底刀或环面刀等不同类型的刀具在三轴、四轴、五轴以及3+2轴机床上加工复杂曲面。通常三轴机床使用球头刀进行加工时,虽然成本较低,但加工效率不高;而五轴机床虽然控制较为灵活,能够使用高性能刀具,但其刚性较差,成本较高。3+2轴加工则试图平衡这两者,以实现较为理想的加工效率和成本控制。
3+2轴机床一般由标准三轴机床和具有两个转动自由度的转台组合而成,加工过程中转台会锁紧,然后利用三个线性运动轴对零件表面进行分片加工。为了进一步提高3+2轴机床加工复杂曲面的效率和质量,文章提出了一种分区规划方法,将原曲面在参数域内沿两个参数线方向划分为多个矩形块。这一划分策略的目的是确保每个矩形参数域对应的曲面的法矢锥的锥角限定在一定范围内,以满足特定的加工精度要求。
具体实现这一分区规划的方法是使用优化的二叉空间划分方法,对未满足角度约束的参数域进行划分,直到所有划分后的曲面都满足角度约束为止。此外,在聚类算法的帮助下求解出聚类中心,并在这些中心间将曲面参数域一分为二,以确保划分是最优的二叉空间划分。通过这种方法,可以实现曲面的精细分割,同时保持曲面边界的光滑性以及减少分割后的曲面数量。
为了验证所提出的分区规划方法的实用性和有效性,研究者使用UG的二次开发技术开发了算法,并进行了相应的验证。实验结果证明,使用这种方法进行曲面分划后,划分出的曲面法矢锥的锥角在限定范围内,曲面边界光滑,曲面数量较少,从而验证了该算法在实际3+2轴机床加工过程中的可行性。这也表明了这项技术对于进行高效且精确的3+2轴加工具有重要价值。
文章的作者朱燏和陈志同均为北京航空航天大学机械工程及自动化学院的研究人员。朱燏是一名在读博士研究生,主要研究方向为CAD/CAM技术和数控加工编程技术。而陈志同则是一位经验丰富的教授和博士生导师,主要研究方向为CAD/CAM技术,五坐标数控加工编程技术以及数控加工技术。
文章通过关键词指出了该研究的几个核心技术点,包括3+2轴加工、曲面分划、法矢锥、二叉空间划分和最小包围锥。这些关键词不仅概括了研究的核心内容,也揭示了该技术的关键点和潜在的应用场景。
3+2轴机床加工复杂曲面的分区规划方法为复杂曲面的高效、高精度加工提供了一种新的解决方案。通过细致的曲面分划和参数域的优化处理,可以极大地提高加工效率并降低成本。此外,文章通过实验验证了该方法的实用性,为3+2轴机床的进一步应用奠定了坚实的基础。