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第1章 绪论 1

1.1 研究目的和意义 1

1.1.1 问题的提出 1

1.1.2 研究目的 3

1.1.3 研究意义 4

1.2 复杂曲面加工及五轴CAD／CAM编程发展概述 5

1.2.1 复杂曲面加工技术的发展概述 5

1.2.2 CAD／CAM的发展过程与趋势 6

1.2.3 面向五轴加工的CAD／CAM技术的发展历程 8

1.2.4 五轴联动CAD／CAM编程技术的研究现状 10

1.3 复杂曲线曲面实时插补相关方面的研究现状 16

1.4 五轴加工编程与插补方面存在的问题 20

1.5 主要研究内容 24

第2章 复杂曲面造型及微分几何计算 28

2.1 复杂曲面造型方法的发展过程概述 29

2.2 NURBS曲线曲面表示及相关计算 30

2.2.1 NURBS曲线表示 30

2.2.2 NURBS曲面表示 33

2.2.3 曲线曲面相关量计算 35

2.3 曲线曲面拟合算法 42

2.3.1 NURBS曲线拟合 42

2.3.2 NURBS曲面插值 44

2.4 几种NURBS曲面造型方法 45

2.4.1 柱面的NURBS表示 45

2.4.2 直纹面构造 46

2.4.3 扫描生成的曲面造型方法 47

2.5 曲面微分几何基础 49

2.5.1 NURBS曲线齐次坐标表示 49

2.5.2 NURBS曲线求导 50

2.5.3 NURBS曲面的偏导计算 52

2.5.4 曲面微分计算几个重要公式 54

2.6 小结 58

第3章 五轴加工刀具路径优化生成算法 71

3.1 概述 71

3.2 相关基本概念和模型 72

3.2.1 环形铣削刀具 72

3.2.2 刀触点与刀位点相关的概念 74

3.2.3 五轴铣削加工原理简介 75

3.3 进给步长计算 77

3.4 刀具路径计算方法 79

3.4.1 残留高度与加工行距 79

3.4.2 刀触点局部微分几何分析 80

3.4.3 有效加工带及其宽度的计算 86

3.4.4 下一条刀触点路径计算 90

3.4.5 从刀触点到刀位数据的计算 93

3.5 局部干涉检验与刀具姿态角的修正 94

3.5.1 刀倾角与刀转角对加工结果的影响 95

3.5.2 刀倾角与刀转角的优化 96

3.5.3 局部干涉检验与修正总结 99

3.6 刀具路径生成过程 99

3.7 实例计算 100

3.8 小结 102

第4章 五轴联动数控机床空间运动及后处理 103

4.1 几个相关概念 104

4.2 五轴数控机床运动基础 107

4.3 五轴数控机床空间运动分析 107

4.3.1 刀具旋转摆动的五轴机床 107

4.3.2 工作台旋转的五轴机床 114

4.3.3 机床空间运动学研究总结 121

4.4 五轴联动数控机床的后处理 122

4.4.1 后处理过程概述 122

4.4.2 刀具旋转的五轴机床后处理 123

4.4.3 工作台回转的五轴机床后处理 125

4.4.4 后处理过程总结 127

4.5 小结 127

第5章 五轴加工中的实时插补方法 129

5.1 概述 129

5.2 五轴线性插补方法 130

5.2.1 初始条件的给定 131

5.2.2 预处理过程中相关量的计算 131

5.2.3 插补步长计算 135

5.2.4 特殊情况讨论 136

5.2.5 线性插补过程总结 142

5.3 五轴双NURBS曲线的生成与插补 144

5.3.1 双NURBS曲线插补格式 145

5.3.2 刀具路径的NURBS拟合及数控代码的生成 147

5.3.3 双NURBS曲线的信息提取 148

5.3.4 双NURBS样条实时插补计算方法 149

5.3.5 实例验证 151

5.4 五轴NURBS曲面插补器 154

5.4.1 概述 154

5.4.2 刀触点路径实时插补 158

5.4.3 刀心点及刀轴矢量计算 163

5.4.4 逆机床运动变换 165

5.4.5 计算机实现步骤 167

5.4.6 计算机仿真实验 168

5.5 三维刀具补偿方法 173

5.5.1 概述 173

5.5.2 五轴数控程序的生成 174

5.5.3 现行编程方式在三维半径补偿方面的不足 176

5.5.4 五轴刀具半径补偿 177

5.5.5 五轴刀具长度补偿 179

5.6小结 182

第6章 复杂曲面五轴数控加工的仿真技术 203

6.1 数控加工仿真概述 203

6.1.1 仿真研究对于数控加工的意义 204

6.1.2 数控加工仿真的类型 205

6.1.3 五轴数控加工仿真的研究现状 206

6.2 五轴加工仿真算法的研究与实现 208

6.2.1 算法基本原理 208

6.2.2 四棱柱体结构模型的建立 209

6.2.3 工件毛坯的建立 211

6.2.4 材料去除过程研究 216

6.2.5 算法的实现过程 218

6.2.6 仿真算法的计算机实现 218

6.3 整体叶轮五轴加工编程与仿真 223

6.3.1 整体叶轮的加工概述 223

6.3.2 整体叶轮的结构及几何造型 224

6.3.3 叶轮加工工艺的拟定 225

6.3.4 叶轮加工编程中一些关键问题的研究 228

6.3.5 整体叶轮五轴加工仿真 236

6.4 小结 238

结论 259

参考文献 262