基于铣削力控制的曲面加工轨迹规划方法研究-机械工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 Classified Index：TG54 Dissertation for the Master Degree in Engineering Study on Surface Machining Trajectory Planning Method Based on Milling Force Control Candidate： Rui Zhang Supervisor： Mingyang Wu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Mechanical engineering Date of Oral Examination： March, 2016 University： Harbin University of Science and Technology 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于铣削力控制的曲面加工轨 迹规划方法研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独 立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人 已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：张 芮 日期： 2016 年 3 月 28 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 《基于铣削力控制的曲面加工轨迹规划方法研究》系本人在哈尔滨理工大学攻 读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理 工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨 理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和 电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密， 在 年解密后适用授权书。 不保密√ 。 (请在以上相应方框内打√) 作者签名：张 芮 日期： 2016 年 3 月 28 日 导师签名：吴明阳 日期： 2016 年 3 月 28 日 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 基于铣削力控制的曲面加工轨迹规划方法研究 摘 要 社会经济的飞速发展带动了汽车制造业的发展，为了满足汽车外形美观 度及性能的要求，汽车覆盖件模具的更新速度逐步加快。但是，由于汽车覆 盖件模具具有外形结构较大、曲率变化不均匀等特性，若模具整体采用一种 加工方式进行加工则会导致表面质量差及加工效率低等问题，同时，也增大 了汽车覆盖件模具数控加工编程的难度。为此，本文针对汽车覆盖件模具的 曲面划分、铣削力建模及刀具路径规划等方面展开研究。 针对汽车覆盖件整体加工存在的加工质量问题，采用计算曲面离散型值 点的主曲率、平均曲率和高斯曲率及 K-means 聚类算法对复杂曲面进行划 分，并结合 Voronoi 图算法对曲面边界进行提取，完成整体复杂曲面的分片 划分。 针对球头刀数控铣削加工过程，以瞬时刚性力学模型为基础，通过求解 瞬时刚性力学模型中的未知量，建立刀具 - 工件切触区域模型，并采用 MATLAB 软件对刀具-工件切触区域进行仿真，结合坐标变换建立铣削力模 型。 针对传统刀具路径规划算法仅仅考虑刀具与工件之间几何位置之间的关 系，忽略物理因素对整个加工过程的影响这一问题，采用 TSP 问题来解决 刀路轨迹规划问题，并采用遗传算法来解决 TSP 问题，选择铣削力变动相 对小的方向为加工方向，得到了规划的刀具路径，并采用 MATLAB 软件对 规划的刀具路径进行仿真。 通过传统加工方法与优化算法的对比实验验证了优化算法规划刀具路径 的正确性、可行性，并证明优化算法规划的刀具路径加工的工件表面光顺性 更好，加工过程中所承受的平均铣削力更小。 关键词 汽车覆盖件；曲面划分；刀具路径规划；TSP 问题 I - Study on Surface Machining Trajectory Planning Method Based on Milling Force Control Abstract The rapid development of social economy has driven the development of the automobile manufacturing industry. In order to meet the aesthetic appearance and performance requirements of the car, the update speed of