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農機複雜件（jiàn）精密模型數控加工和成（chéng）型技術研究

2020-3-23 來源：洛（luò）陽職業技術學院（yuàn）作者（zhě）：張鐵創，徐文靜

摘要: 為了解決果（guǒ）園修剪農機設備驅動裝置複雜曲麵零部件的加工製造難題（tí），引入了（le）一種（zhǒng）基於（yú） NUＲBS 曲線插補編程的多軸數控加工方法，有效地提高了加工精度和編程效率（lǜ）。為此，設（shè）計了（le）基於 NUＲBS 曲線插補的基本流程和框架（jià），建立了 NUＲBS 插（chā）補數學模型，並以此建立了（le）數控編程的刀具走刀軌跡。最後，通過零件的加工實（shí）驗，對基於 NUＲBS 插補算法的數控編程（chéng）技術進行了驗證，結果發現:采（cǎi）用 NUＲBS 曲線插補技術可以成功地（dì）完成果園修剪（jiǎn）機（jī）械驅動裝置葉片複雜件的加工。將加工效果和傳統加工方法進行了對比，結果（guǒ）發（fā）現（xiàn）:其加工紋理要比傳統方法更（gèng）加光滑，精確度更高，可以滿足（zú）複雜零件精密加工的需求。

關鍵詞: 農機配件（jiàn）; 複雜（zá）零件; 數控加工; 曲線插（chā）補; NUＲBS

0 引言（yán）

複雜零件造型技（jì）術是計算機輔助設計和計算機圖形學中最（zuì）為（wéi）活躍、最為關鍵（jiàn）的（de）學科分（fèn）支之一。隨著現代製造（zào）技術的發展和 CAD /CAM 軟件功能的日（rì）趨完善，采用數（shù）控編程技（jì）術已成為複雜零件精密加工的主要方法。農用（yòng）果園修理機的（de）驅動裝（zhuāng）置部分由於葉輪的存在，曲麵形（xíng）狀較多，其零部件的加工較為困難。如果采用造型技術，利用 NUＲBS 插（chā）補算法，先對加工刀具的軌（guǐ）跡進行規劃，通過仿真（zhēn）技術確定刀具參數後再實際加工，會大大零件的加工效率，對於（yú）複雜農機零（líng）件的設（shè）計和製（zhì）造工藝的製定都具有重要的意義。

1 、複雜零部件數控加工技術

對於複雜曲麵類零件，由於其曲麵（miàn）不能采用直接編程（chéng）加（jiā）工的方法，所以加工精度較低。近年來，隨著數控編程技術和先進製造機床的高速發展，具有複雜編程功能的多軸加工機床可以滿足複雜件的加工需要。例如，山西機電職業技術學院宋理敏（mǐn）等（děng）采（cǎi）用數據加工的方法，對橢圓類複雜零件進行了工藝分析，通過（guò）數據加（jiā）工最終得到（dào）了加工產品，如圖 1 所示。

圖 1 橢圓（yuán）類複（fù）雜（zá）零件加（jiā）工產品

采用曲線插補技術可以完（wán）成橢圓（yuán）類等複雜曲麵的零件的加工，保持零（líng）部（bù）件和裝配體等。本研究基於NUＲBS 曲（qǔ）線插補技術，其加工流（liú）程如圖（tú） 2 所示。采用NUＲBS 曲線（xiàn）插補的數控加工係統的工藝路線主要包括圖紙分析、自動數控編程、刀具軌跡生成、程序輸出和實際數控加工，而 NUＲBS 曲線插補主要是采用數學建模（mó）的形式。

2 、基（jī）於 NUＲBS 曲線的刀（dāo）具軌跡插補算法

果（guǒ）樹修理機驅動裝置由橢球麵類葉輪軸和葉片、軸套、凸輪（lún）軸、底座及台階銷等多個零件構成，以橢（tuǒ）球麵類葉輪軸和葉片最為複雜，如圖 3 所示。

圖 2 基於 NUＲBS 曲線插補的數控加工流程

圖 3 農機橢球麵類葉輪軸和葉片複雜零部件

葉輪部分屬於複雜（zá）的機械零部件，由於存在較多（duō）的（de）曲麵，采用一般的方法很難（nán）進行加（jiā）工，而借助（zhù）曲線插補技術可以實現這種複雜零件的精密加工。NUＲBS 曲線通常被稱作非均勻有理 B 樣條（tiáo）曲線，主要由 3 部分組成（chéng），其表達式（shì）可以寫成：

在農機複雜零部件數控加工時，曲（qǔ）麵部分可以采用曲線插補的形式，具體需要借助於 NUＲBS 曲線插值。假設給定（dìng） n +1 個型值點，從（cóng）而可以構造一條 k 次的 NUＲBS

曲線，曲線（xiàn）的端點是（shì）首和末的型值點。將曲線按照型值

根據 NUＲBS 曲線的插值（zhí）原理，可以采用曲線插補的方法對（duì）農機複雜零部件加工進行數控編程，其流程如圖 4 所示。

圖 4 NUＲBS 曲線插（chā）補算法編程（chéng）流程

采用曲線插補算法進行數控編程時，首先需要設置型值點和權因子的數據;然後，計算節點矢量 U 和係數矩陣 Mi，得到控製頂點（diǎn）的權因子後求出控製頂點;最終得到 NUＲBS 插值（zhí）曲線作為數控加工的刀具軌跡線。

3、農機複雜精密件數控加工測試

為了驗證 NUＲBS 曲線插補（bǔ）技術在數（shù）控加工刀具軌跡控製中使（shǐ）用的可行性，采用五軸數控（kòng）加工銑床進行了實驗測（cè）試（shì）。實驗采用數（shù）控編程的方法，農機的機型如圖 5 所示。

圖 5 果樹修剪（jiǎn）農機

圖 5 為一款果樹修理農機，其驅動裝置采用了較為（wéi）複雜的機械零部件。由於曲麵較多，在加工製造時需要采用曲線插補技術（shù），具有曲線插補（bǔ）功能的（de）數控係統示意圖（tú）如圖 6 所示（shì）。

圖 6 NUＲBS 曲麵（miàn）插（chā）補數控係統

在數控係統中引入曲線（xiàn）插（chā）補功能（néng）後，CNC 係統刀具軌跡可以由簡單的直（zhí）線運動變為曲線（xiàn）運動，可以對曲麵進行加工，從根本上解（jiě）決了傳統的係統做不到的（de）功（gōng）能。

銑削加工中常用的（de）刀具有帶倒（dǎo）圓的端銑刀（dāo）、球（qiú）頭銑刀及平麵（miàn）端銑刀等，本次數控加工采用的是球麵銑刀，在加工複雜曲麵時具有更好的光滑性。利用軟件編程對 NＲUBS 曲線插（chā）補軌跡進行規劃後（hòu），得到了如圖（tú） 8 所示的效果圖。

圖 7 刀具庫示意圖

圖 8 刀具軌跡（jì）規劃圖

采（cǎi）用 NUＲBS 曲線插補算法（fǎ）可以成功（gōng）地實現曲麵的刀具規劃，在數控加工時采用該形狀的（de）走刀（dāo）軌跡，可以實現複雜曲麵的加工，其加工效果如圖 9 所示。

圖 9 NUＲBS 插補和（hé）傳統加工方法對比

為了驗證基於 NUＲBS 插補算法的可靠性，將采用該種曲線插補算法加工的零件(a) 和傳統的加工方法（fǎ）加（jiā）工的零（líng）件(b)進行了對比，如圖 9 所示。對同一個數控加工軌跡點進行（háng）了跟蹤測試，得到了仿真軌跡和實際加工（gōng）的對比（bǐ）曲（qǔ）線，結果表明（míng）:實際加工曲線和仿真曲線非常吻合，從而驗證了 NUＲBS插補（bǔ）算法的可靠性。

圖 10 仿真和實際（jì）加工曲線對比

4 、結論

在果園修（xiū）剪機的複雜零部件加工製（zhì）造（zào）時，由於存在較為複雜的曲（qǔ）麵（miàn）部分，給數控加工過程帶來了較大（dà）的困（kùn）難（nán）。為了解決這個問題，將基於 NUＲBS 曲線插（chā）補算法（fǎ）引（yǐn）入到了數控編程過程中，並根據預先設計好的數學模型，生成了刀具的（de）走刀軌跡。為了驗證方法的可行性，采用虛擬仿真的形式對刀具（jù）的軌跡（jì）進行了（le）實驗，通過優化確定（dìng）了刀具的具體參（cān）數數據。根據插補（bǔ）算法製定的走刀軌跡，對零件（jiàn）進行了實際加工，將加（jiā）工的零件和傳統方法加工的零件進了對比，充分驗證了基於 NUＲBS 曲線插（chā）補算法加工的優越性。

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