五軸數(shù)控加工中無(wú)碰刀具軌跡生成算法的研究.pdf

1、自由曲面在國(guó)防、航空航天、汽車、消費(fèi)品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，由于形狀復(fù)雜、精度要求高，其加工比較困難。鑒于五軸加工的優(yōu)越性，越來(lái)越多的自由曲面采用五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。然而無(wú)論從研究的深度與廣度來(lái)說(shuō)我國(guó)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)均落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。因此以高速、高精度為方向，對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行持續(xù)深入的研究具有極其重要的理論與實(shí)際意義。
　　 本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外最新理論研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)自由曲面五軸加工中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：刀具軌跡規(guī)劃中的

2、刀軸矢量規(guī)劃、全局干涉檢查算法、RTCP算法、高速高精微線段插補(bǔ)算法做了一些有益的研究和探索，并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，論文的主要研究成果總結(jié)如下：
　　 提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化的平底刀刀軸矢量規(guī)劃算法，可以規(guī)劃出加工效率高、切削條件穩(wěn)定、機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的刀軸矢量?，F(xiàn)有算法在確定最優(yōu)刀+軸矢量時(shí)，多以材料去除率最大作為優(yōu)化目標(biāo)，然而加工效率最高的刀軸矢量不一定是刀具最優(yōu)姿態(tài)，還需要考慮加工質(zhì)量、刀具剛度、刀軸

3、光順等因素。本文從這幾個(gè)方面建立了單個(gè)刀軸矢量?jī)?yōu)劣、相鄰刀軸矢量光順性的度量指標(biāo)，并以度量指標(biāo)加權(quán)和最小作為優(yōu)化目標(biāo)建立了刀軸矢量?jī)?yōu)化模型，將多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化為力學(xué)平衡問(wèn)題，高斯球面上運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的平衡位置就是最優(yōu)刀軸矢量。
　　 提出了一種基于人工勢(shì)場(chǎng)法的全局干涉檢查算法，提高了算法的計(jì)算效率和魯棒性。該算法通過(guò)求解復(fù)雜NURBS曲面間的最小距離判斷干涉與否，并對(duì)干涉刀位給出了刀位修正算法。通過(guò)構(gòu)建人工勢(shì)場(chǎng)模型，分析虛擬小球受力

4、情況，模擬其運(yùn)動(dòng)過(guò)程，獲取平衡位置，將非線性方程組的求解轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)學(xué)中平衡位置的求取問(wèn)題，可應(yīng)用于NURBS、三角片或數(shù)學(xué)解析式表示的點(diǎn)、線、面間最小距離的求解。
　　 提出了一種基于旋轉(zhuǎn)軸插補(bǔ)的RTCP插補(bǔ)算法，減小了非線性誤差，保證了插補(bǔ)過(guò)程中機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；當(dāng)?shù)毒唛L(zhǎng)度變化時(shí)無(wú)需重新通過(guò)后置處理生成數(shù)控程序，提高了加工效率。針對(duì)刀軸矢量變化較大時(shí)該算法在插補(bǔ)過(guò)程中可能出現(xiàn)的全局干涉現(xiàn)象，推導(dǎo)了RTCP插補(bǔ)過(guò)程中的刀桿

5、偏差系數(shù)公式，避免了碰撞現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 提出了一種實(shí)時(shí)前瞻的微線段直接插補(bǔ)算法，可以解決目前直接插補(bǔ)法在微線段加工中出現(xiàn)頻繁加減速、不能精確到位的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)微線段的高速高精加工。在精插補(bǔ)器中設(shè)計(jì)的勻變速DDA精插補(bǔ)算法能根據(jù)待插補(bǔ)直線段的始末速度在給定的插補(bǔ)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)勻變速運(yùn)動(dòng)，可以減小機(jī)床沖擊，改善零件表面加工質(zhì)量。粗插補(bǔ)任務(wù)通過(guò)正向速度規(guī)劃和反向速度修正，計(jì)算各微線段允許的最大拐角速度，再根據(jù)前瞻數(shù)據(jù)量和微線段允許速度實(shí)