基于STEP-NC的五軸加工刀具路徑規(guī)劃方法研究.pdf

1、隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)代化的制造業(yè)對數(shù)控技術提出了新的要求。五軸數(shù)控加工以其特有和無法替代的優(yōu)勢，一直是數(shù)控技術領域備受重視和大力推廣的一種加工模式。STEP-NC(STEP-Compliant Data Interface：for Numeric Controls)是STEP(STandard for Exchange of Product model data)在制造領域的延伸，代表了數(shù)控技術新的發(fā)展方向。如果將數(shù)控技術比作一艘正在航行

2、中的巨輪，那么STEP-NC就是它的方向舵，而五軸加工技術是其推動力最為強勁的引擎之一。 本論文依托浙江省重大機電裝備專項項目“中高檔數(shù)控機床控制系統(tǒng)(2006C11067)”，將STEP-NC和五軸加工技術兩者相結合，研究在STEP-NC技術條件下如何規(guī)劃和應用五軸加工技術，旨在為推進STEP-NC的實用化和降低五軸加工技術應用難度探索一條可行之路。 STEP-NC目前處于國際標準組織(ISO)標準草案階段(ISO 1

3、4649 DIS)，仍在進一步發(fā)展和完善中。對于五軸數(shù)控機床進行自由曲線曲面加工的應用場合，STEP-NC標準中未加入具體的加工數(shù)據(jù)模型，國內(nèi)外也鮮見相關研究提出基于STEP-NC的五軸加工具體實現(xiàn)方案。因此要開展基于STEP-NC的五軸加工應用，必須為其定義相應的STEP-NC數(shù)據(jù)模型。本文在參考ISO 14649 Part 11中關于三軸加工數(shù)據(jù)模型部分的基礎上，深入研究了五軸加工技術的特點，建立了五軸銑削加工的STEP-NC擴展數(shù)

4、據(jù)模型，為開展基于STEP-NC的五軸加工應用奠定了基礎。 自由曲線曲面是五軸加工技術的主要處理對象，在STEP-NC中，自由曲線曲面都統(tǒng)一表達為NURBS形式。本文提出了一種新的五軸端銑刀具路徑規(guī)劃方法——加工域并行規(guī)劃法。該規(guī)劃方法主要處理以NURBS形式描述的設計型面，以盡可能提高刀具路徑的切削效率為設計目標。加工域并行規(guī)劃法在刀路生成方式和計算模式上與傳統(tǒng)的五軸刀具路徑規(guī)劃方法不同。在刀具路徑生成方式上，它并不采用以曲面

5、某條邊界開始的順序刀具路徑生成方式，而是通過曲面加工域分析進行搜索和迭代產(chǎn)生刀具路徑。在計算模式上，充分利用了軟硬件的性能，采用硬件級多線程并行算法以提高執(zhí)行性能。 在上述工作的基礎上，遵循開放性、模塊化、可擴展的原則構建了STEP-NC的示范應用平臺。該平臺軟件系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)是本文工作的重點之一。通過集成自主開發(fā)的XML驅動模塊和插件支持系統(tǒng)，實現(xiàn)的STEP-NC示范應用平臺軟件系統(tǒng)成為了一個高度模塊化、高度可擴展和可自定義

6、的STEP-NC軟件技術實驗環(huán)境。同時詳細論述了STEP-NC程序解釋模塊和刀具路徑規(guī)劃模塊兩個功能模塊的設計和實現(xiàn)。 在理論研究和成功構建STEP-NC示范應用平臺的基礎上，針對性的設計了加工域并行規(guī)劃算法運行特性實驗和基于STEP-NC的五軸銑削加工刀具路徑規(guī)劃應用實驗。算法運行特性實驗對比分析了加工域并行規(guī)劃算法與傳統(tǒng)串行模式的算法的差異。通過五軸加工刀具路徑規(guī)劃應用實驗，對構建的五軸銑削STEP-NC擴展模型和STEP-