本书系统地总结了作者在多轴数控加工几何学优化理论与技术方面的研究成果。全书共9章，主要内容包括：多轴数控加工几何学优化的基础理论；面向加工的工艺曲面建模方法；多轴数控加工中的刀具轨迹生成及刀轴控制优化方法；多轴数控加工后置处理及运动学优化方法；关于航空发动机叶片、叶轮及整体叶盘等零件的数控加工工艺，以及作者团队开发的多轴数控加工编程软件系统。
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“21世纪先进制造技术丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 多轴数控加工技术概述 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.2.1 曲线曲面建模 2
1.2.2 刀具轨迹生成 4
1.2.3 刀轴控制优化 5
1.2.4 运动学优化 6
1.3 多轴数控加工技术应用现状 9
1.3.1 工业应用现状 9
1.3.2 现有多轴加工编程软件 10
1.4 本书的内容编排 12
参考文献 12
第2章 多轴数控加工几何学优化基础理论 18
2.1 加工特征定义与几何建模 18
2.1.1 计算机几何造型技术 18
2.1.2 加工特征定义与表示 21
2.1.3 自由曲线曲面几何建模 24
2.1.4 复杂加工特征几何建模 26
2.2 刀具及刀具运动扫掠包络面定义与建模 30
2.2.1 通用APT刀具定义与建模 30
2.2.2 刀具干涉特征分析 31
2.2.3 刀具运动扫掠包络面定义与建模 32
2.3 多轴数控加工过程几何学描述 35
2.3.1 材料切除过程建模 35
2.3.2 刀具与曲面接触状态分析 36
2.3.3 刀具运动扫掠体形成与误差分析 37
2.4 几何学优化问题及其实现技术 38
2.4.1 刀具的优化选择 38
2.4.2 刀具轨迹生成及优化 38
2.4.3 刀轴矢量控制及优化 38
2.4.4 刀轴矢量运动学优化 38
参考文献 39
第3章 面向加工的工艺曲面建模方法 41
3.1 重新参数化方法 41
3.1.1 曲线重新参数化 41
3.1.2 曲面重新参数化 42
3.1.3 裁剪曲面重新参数化 42
3.2 曲面逼近与重构方法 44
3.2.1 自由曲面直纹面逼近方法 44
3.2.2 非均匀余量曲面重构方法 47
3.2.3 基于截面线的曲面重构方法 48
3.3 叶片缘头拼接方法 49
3.3.1 叶片正向造型缘头拼接方法 50
3.3.2 叶片逆向造型缘头拼接方法 55
3.4 叶片防扭曲造型方法 58
3.4.1 截面线数据离散 59
3.4.2 单曲面叶片造型方法 63
3.4.3 组合曲面叶片造型方法 65
参考文献 67
第4章 自由曲面多轴加工刀位轨迹规划方法 69
4.1 平底刀五轴端铣加工刀位轨迹规划方法 69
4.1.1 有效切削轮廓模型建立 70
4.1.2 平底刀端铣加工带宽计算 73
4.1.3 平底刀端铣刀轴倾角优化 74
4.1.4 算例分析 75
4.2 环形刀五轴宽行加工刀位轨迹规划方法 77
4.2.1 环形刀五轴宽行加工基础理论 77
4.2.2 刀具方位的二阶泰勒逼近优化 80
4.2.3 刀具方位的广域空间逼近优化 86
4.2.4 环形刀五轴宽行加工刀位轨迹规划 93
4.3 鼓形刀五轴侧铣加工刀位轨迹规划方法 96
4.3.1 严格凸切削刃刀具侧铣加工曲面的可加工性分析 96
4.3.2 刀具与被加工曲面主方向夹角计算 99
4.3.3 鼓形刀侧铣加工带宽计算 100
4.3.4 鼓形刀侧铣加工刀位轨迹规划 102
4.3.5 算例分析 103
参考文献 103
第5章 复杂特征多轴加工刀具轨迹生成方法 106
5.1 多曲面体清根加工刀具轨迹生成方法 106
5.1.1 多曲面体清根加工特点 107
5.1.2 搜索初始点及搜索方向确定 108
5.1.3 清根刀心点的搜索算法 109
5.1.4 算法分析及推广应用 113
5.1.5 多刀清根加工刀具轨迹生成 116
5.2 多曲面岛屿螺旋加工刀具轨迹生成方法 119
5.2.1 螺旋加工局部坐标系建立 119
5.2.2 螺旋加工刀具轨迹生成 121
5.2.3 算例分析 125
5.3 叶片螺旋铣加工刀具轨迹生成方法 126
5.3.1 单曲面叶片等参数螺旋加工刀具轨迹生成 127
5.3.2 组合曲面叶片等参数螺旋加工刀具轨迹生成 128
5.3.3 叶片通道螺旋加工刀具轨迹生成 130
5.4 复杂通道多轴加工刀具轨迹生成方法 131
5.4.1 复杂通道可加工性分析 132
5.4.2 复杂通道插铣加工刀具轨迹生成 142
5.4.3 复杂通道侧铣加工刀具轨迹生成 144
参考文献 146
第6章 多轴数控加工刀轴控制及优化方法 150
6.1 基于距离监视的刀轴约束统一处理算法 150
6.1.1 基于刀具坐标系的干涉距离监视算法 151
6.1.2 带约束的刀具-曲面配准模型及求解算法 152
6.1.3 算法基本流程 156
6.1.4 算例分析 157
6.2 基于临界约束的刀轴控制方法 158
6.2.1 临界约束及刀具不变量定义 158
6.2.2 临界角计算 160
6.2.3 临界点计算 161
6.2.4 临界约束在刀轴控制中的应用 165
6.3 基于临界约束的刀轴优化方法 166
6.3.1 刀轴运动分析与可行域计算 167
6.3.2 四轴加工刀轴优化方法 169
6.3.3 五轴加工刀轴优化方法 172
6.4 基于层次有向包围盒树的碰撞干涉检测方法 183
6.4.1 三角网格模型的有向包围盒构造 184
6.4.2 层次有向包围盒树的构造 185
6.4.3 有向包围盒的快速相交检测 187
6.4.4 碰撞干涉精确检测 191
6.5 基于几何约束模型的刀轴优化方法 193
6.5.1 刀轴约束曲线 193
6.5.2 刀轴控制网格 195
参考文献 196
第7章 多轴数控加工后置处理方法 199
7.1 刀具摆动+工作台旋转结构五轴机床后置处理方法 199
7.1.1 标准结构机床的后置处理方法 200
7.1.2 偏心结构机床的后置处理方法 203
7.2 非正交刀具摆动+工作台旋转结构五轴机床后置处理方法 204
7.3 正交双转台结构五轴机床后置处理方法 207
7.4 非正交双转台结构五轴机床后置处理方法 208
7.4.1 非正交双转台结构五轴机床——平面旋转轴 208
7.4.2 非正交双转台结构五轴机床——空间旋转轴 211
参考文献 214
第8章 多轴数控加工运动学优化方法 216
8.1 运动学优化主要内容 216
8.2 基于机床运动模型的走刀步长计算方法 219
8.2.1 机床运动模型 220
8.2.2 切削误差估计 220
8.2.3 走刀步长计算 223
8.2.4 算例分析 223
8.3 刀轴矢量的运动学控制及优化方法 225
8.3.1 基于机床运动结构的碰撞干涉修正方法 225
8.3.2 非正交四轴加工的刀轴控制方法 233
8.3.3 考虑机床运动学的刀轴优化方法 245
8.4 多轴加工刀位轨迹的区间优化方法 251
8.4.1 刀轨的光顺处理 251
8.4.2 叶片曲面加工中的轨迹优化 255
8.5 多轴加工进给速度的优化方法 262
8.5.1 机床运动约束模型建立 262
8.5.2 进给速度离线优化方法 265
8.5.3 进给速度在线优化方法 266
参考文献 267
第9章 多轴数控加工优化技术应用 270
9.1 叶片多轴加工优化技术与应用 270
9.1.1 叶片加工工艺分析 270
9.1.2 叶片多轴数控加工编程软件及应用 272
9.2 叶轮多轴加工优化技术与应用 275
9.2.1 叶轮加工工艺分析 275
9.2.2 叶轮加工工艺规划 276
9.2.3 叶轮多轴数控加工编程软件及应用 277
9.3 整体叶盘多轴加工优化技术与应用 278
9.3.1 整体叶盘加工工艺分析 279
9.3.2 整体叶盘多轴数控加工编程软件及应用 281
参考文献 282
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