高速高精度全數(shù)字五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)對(duì)復(fù)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(zhuǎn)接處一階不連續(xù),導(dǎo)致復(fù)雜曲面高速切削加工中頻繁的速度波動(dòng)和加速度跳變,嚴(yán)重影響切削效率和表面質(zhì)量。本論文以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的高速平滑五軸精密加工為目標(biāo),分析了樣條曲線路徑在數(shù)控加工全過程的處理機(jī)制,深入研究了五軸數(shù)控加工中的刀具路徑平滑優(yōu)化方法、速度前瞻策略、參數(shù)曲線實(shí)時(shí)插補(bǔ)、空間刀補(bǔ)和裝夾誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。
　　復(fù)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(chǎn)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(duì)其分段后進(jìn)行基于最小二乘法的NURBS曲線擬合優(yōu)化,并設(shè)置相鄰段連接點(diǎn)的邊界連續(xù)條件,還原刀具路徑應(yīng)有的平滑性。算法采用特征點(diǎn)搜索法設(shè)定曲線擬合參數(shù),通過調(diào)整曲線節(jié)點(diǎn)向量和控制頂點(diǎn)保證路徑擬合精度。
　　針對(duì)五軸數(shù)控加工的刀具

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

4、應(yīng)用切削運(yùn)動(dòng)的S型曲線速度規(guī)劃方案,在前瞻路徑段內(nèi)對(duì)機(jī)床實(shí)軸運(yùn)動(dòng)的速度、加速度、沖擊數(shù)據(jù)進(jìn)行約束檢測(cè),柔性調(diào)整速度規(guī)劃的過程參數(shù),并提出了速度規(guī)劃節(jié)點(diǎn)分離法對(duì)切削路徑分段進(jìn)行獨(dú)立的S型曲線速度規(guī)劃,使得整個(gè)加工過程的速度平滑穩(wěn)定。
　　由于五軸加工中的機(jī)床驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)路徑無法反映工件輪廓,直接對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算難以控制輪廓切削精度,因此論文對(duì)有效切削運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行參數(shù)曲線插補(bǔ),將插補(bǔ)結(jié)果通過參數(shù)映射到機(jī)床實(shí)軸路徑空間,求解機(jī)床驅(qū)動(dòng)軸的插

5、補(bǔ)增量。參數(shù)曲線插補(bǔ)運(yùn)算采用二階泰勒展開法,采用比例參數(shù)分散補(bǔ)償法消除截?cái)嗾`差累積造成的插補(bǔ)速度波動(dòng),并通過基于虛擬參數(shù)比例的插補(bǔ)步長(zhǎng)-參數(shù)反饋校正法實(shí)現(xiàn)多段曲線路徑的平滑過渡插補(bǔ)。
　　五軸聯(lián)動(dòng)加工中,刀軸矢量動(dòng)態(tài)變化造成空間刀具補(bǔ)償困難,論文提出在工件坐標(biāo)系內(nèi)求解刀具補(bǔ)償矢量,對(duì)近似連續(xù)微小直段鏈路徑按補(bǔ)償向量直接偏置法進(jìn)行空間半徑補(bǔ)償;對(duì)離散路徑轉(zhuǎn)接補(bǔ)償建立了內(nèi)側(cè)補(bǔ)償?shù)姆栏缮孓D(zhuǎn)接點(diǎn)確定方法,并根據(jù)輪廓法向量和刀軸矢量變化狀況

6、分解為三個(gè)基本補(bǔ)償單元,給出相應(yīng)的轉(zhuǎn)接補(bǔ)償方法,通過基本補(bǔ)償單元矢量求和解決全路徑補(bǔ)償轉(zhuǎn)接過渡問題。五軸聯(lián)動(dòng)加工中的工件裝夾誤差會(huì)引起實(shí)際加工基準(zhǔn)與 CAM編程基準(zhǔn)不一致,旋轉(zhuǎn)中心基準(zhǔn)偏移造成的旋轉(zhuǎn)附加運(yùn)動(dòng)偏差不斷變化,無法通過簡(jiǎn)單的坐標(biāo)偏置補(bǔ)償,論文提出裝夾誤差尋位補(bǔ)償方法,通過坐標(biāo)變換和機(jī)床逆運(yùn)動(dòng)變換動(dòng)態(tài)修正加工路徑,使加工結(jié)果與設(shè)計(jì)一致。
　　論文提出的理論算法首先通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和可行性,然后在多維層次結(jié)構(gòu)的數(shù)控