高速高精度全數字五軸聯動數控系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、現代先進制造業(yè)對復雜曲線曲面輪廓的高速、高效、高精度加工需求日益提高,傳統(tǒng)離散刀具路徑處理模式中,相鄰路徑段轉接處一階不連續(xù),導致復雜曲面高速切削加工中頻繁的速度波動和加速度跳變,嚴重影響切削效率和表面質量。本論文以實現復雜曲面的高速平滑五軸精密加工為目標,分析了樣條曲線路徑在數控加工全過程的處理機制,深入研究了五軸數控加工中的刀具路徑平滑優(yōu)化方法、速度前瞻策略、參數曲線實時插補、空間刀補和裝夾誤差動態(tài)補償等技術。
　　復雜曲面高

2、速、高精度加工中采用微小直線段鏈逼近零件輪廓,產生刀具路徑的不連續(xù)問題,論文提出一種基于非均勻有理B樣條(NURBS)曲線擬合的刀具路徑優(yōu)化方法。該方法通過分析刀具路徑的幾何特征鑒別需要平滑的連續(xù)直線段鏈,對其分段后進行基于最小二乘法的NURBS曲線擬合優(yōu)化,并設置相鄰段連接點的邊界連續(xù)條件,還原刀具路徑應有的平滑性。算法采用特征點搜索法設定曲線擬合參數,通過調整曲線節(jié)點向量和控制頂點保證路徑擬合精度。
　　針對五軸數控加工的刀具

3、路徑平滑,首先對五軸NC代碼進行坐標變換運算,消除旋轉軸引起的附加運動,還原加工零件輪廓的有效切削運動路徑,對其按NURBS曲線擬合方法平滑優(yōu)化,然后對旋轉軸運動路徑采用五次樣條曲線插值,并建立有效切削運動路徑和旋轉軸運動路徑的參數映射關系,通過機床逆運動變換求解C2連續(xù)的平動軸運動路徑。
　　為了避免高速加工中由路徑高曲率區(qū)域引起的機床驅動軸運動突變、機床振動和工件過切,論文提出了實軸空間綜合約束下的加工速度前瞻處理策略。該方法

4、應用切削運動的S型曲線速度規(guī)劃方案,在前瞻路徑段內對機床實軸運動的速度、加速度、沖擊數據進行約束檢測,柔性調整速度規(guī)劃的過程參數,并提出了速度規(guī)劃節(jié)點分離法對切削路徑分段進行獨立的S型曲線速度規(guī)劃,使得整個加工過程的速度平滑穩(wěn)定。
　　由于五軸加工中的機床驅動軸運動路徑無法反映工件輪廓,直接對其進行插補運算難以控制輪廓切削精度,因此論文對有效切削運動路徑進行參數曲線插補,將插補結果通過參數映射到機床實軸路徑空間,求解機床驅動軸的插

5、補增量。參數曲線插補運算采用二階泰勒展開法,采用比例參數分散補償法消除截斷誤差累積造成的插補速度波動,并通過基于虛擬參數比例的插補步長-參數反饋校正法實現多段曲線路徑的平滑過渡插補。
　　五軸聯動加工中,刀軸矢量動態(tài)變化造成空間刀具補償困難,論文提出在工件坐標系內求解刀具補償矢量,對近似連續(xù)微小直段鏈路徑按補償向量直接偏置法進行空間半徑補償;對離散路徑轉接補償建立了內側補償的防干涉轉接點確定方法,并根據輪廓法向量和刀軸矢量變化狀況

6、分解為三個基本補償單元,給出相應的轉接補償方法,通過基本補償單元矢量求和解決全路徑補償轉接過渡問題。五軸聯動加工中的工件裝夾誤差會引起實際加工基準與 CAM編程基準不一致,旋轉中心基準偏移造成的旋轉附加運動偏差不斷變化,無法通過簡單的坐標偏置補償,論文提出裝夾誤差尋位補償方法,通過坐標變換和機床逆運動變換動態(tài)修正加工路徑,使加工結果與設計一致。
　　論文提出的理論算法首先通過計算機仿真驗證其準確性和可行性,然后在多維層次結構的數控