复杂曲面高性能多轴精密加工技术与方法

来自 孔夫子网 的图片

《复杂曲面高性能多轴精密加工技术与方法》，孙玉文等 著，出版社： 科学出版社。

科学出版社是由中国科学院编译局与1930年创建的龙门联合书局于1954年8月合并成立的；目前公司年出版新书3000多种，期刊500多种，形成了以科学（S）、技术（T）、医学（M）、教育（E）、人文社科（H）为主要出版领域的业务架构。

目录

内容简介

本书从数字化高质高效加工的角度，比较系统地探讨了复杂曲面数字化高性能多轴精密加工的技术和方法，较为全面地反映了高性能加工的相关进展以及作者的研究思路和方法。全书共9章：第1章论述复杂曲面零件高性能加工的概念和内涵；第2、3章叙述Bezicr与B样条曲线曲而的基础知识，以及复杂曲面重构和几何连续性拼接的方法；第4~6章依次论述多岛链复杂型腔、复杂曲面端铣加工路径规划策略与方法、直纹面侧铣加工刀位规划方法；第7章论述复杂曲面的五轴加工铣削力准确预测与加工稳定性分析方法；第8、9章分别阐述参数曲线插补的适应性进给率定制方法和加工中的较优配准方法。本书可作为机械工程专业本科生和研究生的参考用书,对NC加工、CAD/CAM/CAE领域的研究人员和工程技术人员也有一定的参考价值。

目录

《21世纪先进制造技术丛书》序

前言

第1章绪论1

1.1测量加工一体化1

1.2高性能加工3

1.3表面完整性6

1.4本书的结构7

参考文献8

第2章Bezier与B样条曲线曲面基础11

2.1Bezier曲线曲面11

2.1.1Bernstein多项式11

2.1.2Bernstein多项式的算术运算12

2.1.3Bezier曲线的定义和性质14

2.1.4Bezier曲线的德卡斯特里奥算法15

2.1.5Bezier曲面的定义和性质16

2.1.6Bezier曲面的偏导和法矢量17

2.1.7Bezier曲面上的等参数线18

2.1.8Bezier曲面的分割算法18

2.2B样条曲线曲面20

2.2.1B样条基函数的递推定义和性质20

2.2.2B样条基函数的导数公式21

2.2.3B样条曲线的定义和性质21

2.2.4B样条曲线导矢的计算公式23

2.2.5计算B样条曲线上点的德布尔算法23

2.2.6B样条曲线的节点插入算法和分段Bezier表示24

2.2.7B样条曲面的定义和性质25

2.2.8B样条曲面的偏导和法矢量27

2.2.9B样条曲面上的等参数线28

2.2.10计算B样条曲面上点的德布尔算法29

2.3曲线曲面的自由变形29

2.3.1曲线的自由变形30

2.3.2曲面的自由变形31

参考文献32

第3章自由曲面几何重构34

3.1散乱数据的预处理34

3.1.1曲线数据的序化处理34

3.1.2点云数据的主元分析35

3.1.3数据点k邻域的快速搜索36

3.1.4局部数据点的最小二乘拟合37

3.1.5空间数据的平面映射40

3.1.6测量数据的边界点提取42

3.1.7测量数据的截面轮廓提取43

3.2数据点的参数化45

3.2.1曲线数据点的参数化45

3.2.2曲面阵列数据点的参数化46

3.2.3曲面散乱数据点的参数化46

3.3B样条曲线重构52

3.3.1节点矢量的设计方法52

3.3.2B样条曲线插值53

3.3.3B样条曲线的最小二乘逼近55

3.3.4规定精度内的B样条曲线逼近57

3.4B样条曲面重构58

3.4.1B样条曲面插值58

3.4.2规则数据点的最小二乘曲面逼近60

3.4.3曲面蒙皮61

3.4.4散乱数据的曲面逼近62

3.5B样条曲面片的拼接63

3.5.1B样条曲面拼接的几何连续性条件63

3.5.2两张B样条曲面的G1光滑拼接66

3.5.3四张B样条曲面的角点G1光滑拼接67

参考文献68

第4章多岛链型腔加工路径71

4.1型腔加工概述71

4.1.1常用的型腔分层加工方法71

4.1.2型腔加工的走刀方式72

4.1.3型腔加工的铣削方式73

4.2型腔加工区域的自动识别73

4.2.1截面轮廓的获取73

4.2.2截面轮廓嵌套关系的判断74

4.2.3加丁区域的识别75

4.3Zig-Zag加工路径77

4.4加工路径生成的偏微分方程方法78

4.4.1偏微分方程的定解问题78

4.4.2偏微分方程的差分解法79

4.4.3加工路径生成83

4.5流线型加工路径84

4.5.1流函数的数学描述84

4.5.2平面速度矢量场的重构85

4.5.3加工路径生成87

4.6轮廓平行加工路径88

4.6.1偏置曲线的计算88

4.6.2局部白交的消除方法89

4.6.3全局白交点计算的单调链法91

4.6.4有效偏置环的提取93

4.7加工路径的连接94

4.7.1路径连接的基本元素94

4.7.2路径的树形层次结构和连接原则95

4.7.3路径间的连接曲线96

4.8加工路径的拐角优化98

4.8.1轨迹尖角的分类98

4.8.2轨迹尖角的识别99

4.8.3牙状清根轨迹100

4.8.4单圆弧拐角轨迹100

4.8.5双圆弧拐角轨迹101

参考文献103

第5章复杂曲面端铣加工路径规划106

5.1数控加工端铣刀位规划基础106

5.1.1铣削刀具的统一描述106

5.1.2刀触点和刀位点的基本定义107

5.1.3刀具姿态的定义109

5.1.4走刀步长的计算109

5.1.5加工行距的计算111

5.2参数映射的基本原理115

5.2.1协调映射模型115

5.2.2曲面与参数域上点的双向映射121

5.3复杂曲面加工路径设计124

5.3.1曲面上相邻轨迹的对应刀触点计算124

5.3.2映射域中的参数增量计算127

5.3.3等参数加工轨迹128

5.3.4无亏格曲面的螺旋加工轨迹129

5.3.5亏格曲面上的轮廓平行环切加工轨迹133

5.3.6亏格曲面上的螺旋加工轨迹137

5.4五轴加工刀具姿态优化139

5.4.1局部加工干涉的消除139

5.4.2全局碰撞干涉的消除141

5.4.3加工曲面的误差控制142

5.4.4可行加工空间的构造142

5.4.5刀具姿态的优化模型144

参考文献148

第6章侧铣加工刀位规划152

6.1侧铣加工刀位规划基础152

6.1.1数控机床的运动学变换152

6.1.2铣削刀具切削刃的几何模型155

6.1.3直纹面的基本定义157

6.1.4刀位路径面的B样条插值方法158

6.2侧铣加工刀位的局部优化方法159

6.2.1单点偏置法159

6.2.2两点偏置法159

6.2.3三点偏置法160

6.2.4最小二乘法161

6.2.5密切法162

6.3侧铣加工刀位的整体优化方法164

6.3.1刀具跳动164

6.3.2侧铣刀具扫掠包络面的几何建模167

6.3.3被加工表面的几何误差171

6.3.4刀具跳动对被加工表面几何误差的影响173

6.3.5融合刀具跳动的侧铣刀位整体优化方法174

6.4薄壁件侧铣加工变形预测与刀位补偿方法176

6.4.1材料模型确定177

6.4.2有限元模型的构造177

6.4.3加工变形误差预测179

6.4.4薄壁件侧铣加工误差的刀位补偿180

参考文献182

第7章切削力预测与切削稳定性分析185

7.1切削力预测的理论模型185

7.1.1刀刃微元切削力模型185

7.1.2刀具跳动效应下的切削力模型187

7.2切削力模型参数的计算188

7.2.1瞬时未变形切屑厚度计算188

7.2.2参与切削的刀刃微元判断193

7.2.3切削力系数识别196

7.2.4刀具跳动参数的获取198

7.3铣削力模型仿真与实验199

7.4动态切削系统的动力学模型200

7.4.1柔性刀具刚性工件系统的动力学方程201

7.4.2刚性刀具柔性工件系统的动力学方程203

7.4.3刀具工件双柔性系统的动力学方程204

7.5动态切削系统稳定域的求解方法206

7.5.1常用的稳定域求解方法206

7.5.2稳定域的三阶全离散求解方法208

7.5.3刀具跳动下稳定域的三阶全离散求解方法214

参考文献221

第8章参数曲线插补与刀具进给率定制224

8.1参数曲线插补的基本描述224

8.2常用的曲线插补方法225

8.2.1等参数增量插补法225

8.2.2恒定进给率插补法227

8.2.3自适应进给率插补法228

8.3插补点参数的求解方法229

8.3.1泰勒展开法229

8.3.2常微分方程法230

8.3.3预估校正法231

8.4微分运动分析的活动标架方法232

8.4.1加工路径的弧长参数化方法233

8.4.2Frenet标架234

8.4.3Darboux标架237

8.4.4刀具运动与曲线参数间的联系240

8.5进给率定制中运动几何学特性的数学描述243

8.5.1几何精度243

8.5.2运动学特性244

8.5.3机床驱动特性246

8.6进给率定制的线性规划算法247

8.6.1线性规划算法的数学模型248

8.6.2线性规划算法的约束条件248

8.6.3线性规划算法的算例251

8.7进给率定制的曲线演化算法253

8.7.1约束条件的等比例调节253

8.7.2进给率曲线的演化255

8.7.3曲线演化算法的算例258

参考文献259

第9章复杂曲面加工中的很优匹配策略261

9.1曲面匹配中的基本问题261

9.1.1曲面很优匹配的数学模型261

9.1.2坐标系间的刚体运动变换262

9.1.3刚体运动变换的求解263

9.1.4坐标系间对应关系的构造265

9.2点到曲线曲面最近点的计算267

9.2.1点到B样条曲线的最近点268

9.2.2点到B样条曲面最近点的计算方法273

9.3多视测量点云的数据融合279

9.3.1点的曲率特征匹配280

9.3.2三角约束条件280

9.3.3最小距离目标函数281

9.4复杂曲面加工精度检测与误差评估282

9.4.1复杂曲面上检测点的数量和分布283

9.4.2测量数据与设计模型间的准确匹配284

9.4.3加工曲面的误差评估285

9.5复杂曲面整体/局部的加工余量优化287

9.5.1加工余量优化问题的数学描述287

9.5.2加工余量的约束定位优化289

9.6复杂曲面零件的非刚性匹配方法293

9.6.1非刚性匹配的数学描述293

9.6.2求解非刚性变换的轮换迭代策略294

9.6.3基于非刚性匹配的截面轮廓重构295

参考文献296