广义螺旋曲面的智能化STEP-NC加工基础

随着各种各样异型螺旋曲面在螺杆泵、螺杆压缩机、螺旋输送机、挤出机等设备中日益广泛的应用及其性能要求的不断提高，系统地研究其设计制造基础理论和共性问题十分有必要。本项目将从复杂多样的表现形式和用途中提炼共性问题，在螺旋面基本模型基础上拓展出广义螺旋曲面的概念模型，并结合STEP-NC技术的发展探索其智能化数控加工的理论基础和方法，主要研究：（1）广义螺旋曲面的几何性质和包络加工理论模型；（2）广义螺旋曲面的STEP-NC建模；（3）广义螺旋曲面数控加工工艺的智能规划和优化计算方法。本研究预期将形成较准确地反映广义螺旋曲面构形、包络加工方法和加工质量的理论模型、制造信息模型和基于STEP-NC的智能制造基本理论和方法体系，对于促进异型螺旋曲面类零件制造技术的发展以及STEP-NC本身的发展具有重要的科学意义。

螺旋面广泛应用于螺杆泵、螺杆压缩机、螺旋输送机、挤出机等设备中，其设计和制造精度直接关系着这些设备的工作效率、精度、能耗甚至整机性能。这些螺旋面成形机理各异，型线也复杂多样，加之牙型、直径、导程等方面的变化因素，给螺杆的加工带来很大的困难。因此，系统地研究其设计制造基础理论和共性问题十分有必要。同时，STEP-NC的发展为数控加工技术提供了巨大的发展空间，但目前的数据模型主要是普通铣削和车削，尚未有效涵盖螺旋面加工这一特殊领域。在此背景下，本项目主要研究了以下内容：（1）广义螺旋曲面的几何性质和包络加工理论模型；（2）广义螺旋曲面的STEP-NC建模；（3）广义螺旋曲面数控加工工艺的智能规划和优化计算方法。.通过该研究，本项目拓展了螺旋投影理论，研究了螺旋面和螺旋体的投影规律，揭示了螺旋曲面的构型特点，并提出了基于螺旋投影的广义螺旋曲面建模方法，即利用其螺旋投影描述广义螺旋曲面的复杂形状。螺旋投影方法不仅为广义螺旋曲面的描述提供了基础，而且可以应用于螺旋面零件的制造中。基于这种方法，本项目针对复杂螺旋曲面的数控加工提出了一种刀轨干涉检查新方法。.在螺旋曲面成形机理的研究基础上对复杂廓形螺杆的旋风铣削工艺进行了研究，系统地给出了采用标准刀片包络加工复杂廓形螺杆的理论模型和实现方法，包括运动学原理、刀具位置计算以及理论误差等。.为了适应智能制造和系统集成的需要，本项目基于螺旋投影理论归纳了螺旋曲面的特征，并基于STEP-NC定义了相应的数据模型，包括制造特征和旋风铣削工艺信息，将STEP-NC基本方法推广应用到了螺旋面的数控旋风铣削领域。.为了实现广义螺旋曲面的智能制造，本项目还研究螺旋面的特征识别、刀具路径规划、叶轮叶片的分层侧铣方法等关键问题，跟踪研究了智能制造领域的发展动态， 结合云制造、制造设备的网络化互联和监控、以及STEP-NC的最新发展研究了智能制造的基本理论和系统集成技术，以螺旋面的旋风铣削工艺为例，给出了支持STEP和STEP-NC的CAPP/CAM系统结构，并研发了基本的功能模块。课题组利用该系统和数控旋风机床搭建了实验平台，并选取了若干螺杆类零件进行了加工实验，对本项目的理论成果进行了验证。