面向五軸高速加工的高品質刀具路徑規(guī)劃研究.pdf

1、五軸數控加工已成為復雜曲面零件高效加工的重要手段，主要通過改變刀軸的方向提高刀具可達性，避免刀具和工件之間的干涉。論文針對由離散刀位構成的一階線性不連續(xù)刀路會影響機床運動平穩(wěn)性問題，提出在工件坐標系下對線性刀路進行光順，獲取滿足精度且達到 G1以上連續(xù)的等距雙 NURBS刀具路徑。本文研究的主要內容及獲得的創(chuàng)新性成果如下：
　　一.論文從線幾何和對偶四元數角度研究刀具沿插值刀具路徑運動時的表達式，利用對偶四元數B樣條矢量函數擬合線

2、性刀路，插值得到描述刀具中心點和刀軸點運動軌跡的等距雙NURBS曲線刀具路徑，從而獲得無干涉適應高速加工的刀具運動軌跡。仿真實驗表明，用提出的算法對工件坐標系中的線性刀路進行光順，能夠獲得滿足擬合精度且達到G1以上連續(xù)的等距雙NURBS刀具路徑。
　　二.基于對偶四元數生成等距雙NURBS刀具路徑的方法，雖然能使兩條曲線在刀位點數據處的間距相等，但是不能保證在刀位點數據間的任意位置都是等距的。因此，論文提出了在高斯球面中光順刀軸矢

3、量曲線的方法，用以解決生成的等距雙NURBS曲線刀路中兩條曲線對應間距有可能不相等的問題。由于基于高斯球面生成的兩條曲線參數不同，論文構建了一種等距雙NURBS曲線參數同步模型，用來解決等距雙NURBS刀具路徑的同步插補問題。仿真算例表明，所提算法可以生成等距雙NURBS刀具路徑且參數同步插補模型的精度達到10-5mm級數以下且主要集中在10-6mm級數上。
　　三.論文通過分析生成的等距雙NURBS刀路運動軌跡，推導出任一瞬時刀

4、軸的速度場分布，針對任意給定的五軸機床結構和機床各軸伺服能力約束，推導五軸等距雙NURBS曲線插補中機床各軸產生的速度、加速度與進給速度及進給加速度之間關系，使插補器的輸出命令不超出機床各軸的伺服能力。
　　在實際應用中，論文提出的五軸等距NURBS刀具路徑光順算法不僅能夠提高切削過程的平穩(wěn)性，減少機床頻繁的加減速從而提高整個加工的切削效率，而且可以大大提高工件曲面的加工精度，改善曲面的粗糙度并提高曲面的光順性，具有很強的工程實際