基于閉鏈剛度場模型的多軸數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃.pdf

1、隨著制造業(yè)尤其是國防、能源、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，對一些關(guān)鍵功能零件如艦船用螺旋槳、風(fēng)力葉片、水輪機(jī)葉輪等多軸數(shù)控加工精度和效率提出更高要求。傳統(tǒng)僅基于機(jī)床和工件幾何約束的刀具軌跡規(guī)劃已無法滿足高速高精要求，必須結(jié)合幾何和物理混合約束進(jìn)行刀具軌跡規(guī)劃。本文通過深入研究加工工藝系統(tǒng)剛度特性的非線性和各向異性等特征，尋找剛度特性與刀具軌跡規(guī)劃間的內(nèi)在聯(lián)系，基于閉鏈剛度場模型指導(dǎo)加工軌跡規(guī)劃，提高加工性能。
　　 基于彈性小變形假設(shè)和

2、虛位移原理，綜合考慮影響整體剛度性能的各個子系統(tǒng)，包括機(jī)床關(guān)節(jié)、刀具-主軸、機(jī)床運(yùn)動軸、加工工件對綜合剛度性能的影響，建立面向整個加工工藝系統(tǒng)的綜合閉鏈剛度場模型。對各子系統(tǒng)分別建立剛度模型，通過機(jī)床模態(tài)實(shí)驗得到機(jī)床關(guān)節(jié)剛度矩陣；基于解析法計算刀具主軸剛度矩陣；基于點(diǎn)傳遞矩陣法推導(dǎo)機(jī)床運(yùn)動軸剛度矩陣；基于有限元法仿真計算被加工工件剛度矩陣。最后通過雅克比矩陣法將各剛度矩陣變換到工件坐標(biāo)系下得到綜合剛度矩陣。
　　 借助經(jīng)典解析幾

3、何理論中三維橢球的概念，對綜合剛度矩陣作進(jìn)一步變換，得到三維空間力橢球。結(jié)合力橢球各特征量，建立與系統(tǒng)加工性能有關(guān)的剛度性能評價指標(biāo)?；趧偠刃阅苤笜?biāo)指導(dǎo)刀具軌跡規(guī)劃，探討刀具進(jìn)刀方向優(yōu)化算法和刀具姿態(tài)優(yōu)化算法，對每一個控制點(diǎn)求局部最優(yōu)策略，并綜合所有控制點(diǎn)得到全局最優(yōu)策略。當(dāng)機(jī)床包含冗余軸時，分析在不同冗余值下對應(yīng)的剛度性能指標(biāo)，選取剛度性能最大值對應(yīng)的冗余值作為機(jī)床冗余軸的設(shè)置值。
　　 分析標(biāo)準(zhǔn)銑頭配置下的七軸五聯(lián)動車銑復(fù)

4、合機(jī)床加工大型螺旋槳葉片剛度性能，建立閉鏈剛度場模型，通過多組剛度場仿真圖譜，找到對綜合剛度性能影響最大的環(huán)節(jié)，針對性地改進(jìn)，最大程度提高加工系統(tǒng)綜合剛度性能。
　　 分析特殊銑頭配置下的七軸五聯(lián)動車銑復(fù)合機(jī)床加工大型螺旋槳葉片剛度性能，建立包含柔性運(yùn)動軸的閉鏈剛度場模型，以剛度性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化冗余軸設(shè)置值以改善刀具姿態(tài)，并通過一系列對比試驗與理論對證。
　　 分析雙轉(zhuǎn)臺五軸高速加工中心加工測試樣件，建立閉鏈剛度場