運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束下曲面高速進(jìn)給數(shù)控加工軌跡規(guī)劃.pdf

1、曲面數(shù)控高速、高效加工是機(jī)械制造不懈的追求。隨著進(jìn)給速度的提高，由于加工曲面輪廓的復(fù)雜性，機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)劇烈，會(huì)使得機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)與沖擊，直接影響著曲面加工質(zhì)量，嚴(yán)重甚至破壞機(jī)床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
　　本文針對(duì)曲面高速進(jìn)給數(shù)控加工中機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性超出機(jī)床限制的問(wèn)題，提出一種運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束下的曲面加工軌跡規(guī)劃方法。主要思路是在考慮各軸運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析加工軌跡與機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)特性之間的關(guān)系，結(jié)合曲面加工方式，對(duì)高速

2、進(jìn)給加工下曲面的刀位軌跡規(guī)劃展開研究，從而最終在保證加工效率的同時(shí)，使加工過(guò)程中機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，不發(fā)生振動(dòng)與沖擊，提高曲面加工質(zhì)量。主要工作如下:
　　(1)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析。在對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系。深入分析五軸數(shù)控加工過(guò)程中機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，給出運(yùn)動(dòng)學(xué)特性參量的計(jì)算方法以及加工軌跡規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束條件，并估算機(jī)床各軸允許的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束值。
　　

3、(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束下的刀位點(diǎn)確定。針對(duì)類回轉(zhuǎn)體曲面，以螺旋線導(dǎo)動(dòng)法生成的刀位點(diǎn)和切觸點(diǎn)為基礎(chǔ)，利用B樣條曲線對(duì)生成的初始切觸點(diǎn)軌跡進(jìn)行擬合，考慮機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及其曲面加工誤差，計(jì)算最終切觸點(diǎn)軌跡。分析B樣條曲線上切觸點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)性，提出利用初始切觸點(diǎn)處的初始法矢量插值獲得最終法矢量的方法，進(jìn)而完成刀位點(diǎn)的重新確定。
　　(3)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束下的刀軸矢量規(guī)劃。基于已知的刀位點(diǎn)軌跡，首先考慮速度特性約束，對(duì)刀軸矢量與機(jī)床運(yùn)動(dòng)

4、軸速度的關(guān)系展開分析，提出一種滿足速度特性約束條件的刀軸矢量規(guī)劃方法，并對(duì)機(jī)床進(jìn)給速度進(jìn)行一定調(diào)整;其次，分析運(yùn)動(dòng)軸的加速度特性，以考慮速度特性的刀軸矢量規(guī)劃為基礎(chǔ)，建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，優(yōu)化確定最終的刀軸矢量，調(diào)整機(jī)床進(jìn)給速度;然后，對(duì)個(gè)別加加速度超限刀位點(diǎn)處的機(jī)床進(jìn)給速度進(jìn)行調(diào)整，保證加加速度也滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束條件。最后給出算例理論驗(yàn)證刀軸矢量規(guī)劃方法的有效性。
　　(4)鞋楦五軸加工與加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。以鞋楦曲面的高速五軸數(shù)控加