五軸數(shù)控加工中無碰刀具軌跡生成算法的研究.pdf

1、自由曲面在國防、航空航天、汽車、消費品等領域獲得了廣泛應用，由于形狀復雜、精度要求高，其加工比較困難。鑒于五軸加工的優(yōu)越性，越來越多的自由曲面采用五軸數(shù)控機床進行加工。然而無論從研究的深度與廣度來說我國的五軸聯(lián)動數(shù)控技術均落后于發(fā)達國家。因此以高速、高精度為方向，對五軸聯(lián)動數(shù)控技術進行持續(xù)深入的研究具有極其重要的理論與實際意義。
　　 本文在總結國內(nèi)外最新理論研究成果的基礎上，對自由曲面五軸加工中的幾個關鍵技術：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算法做了一些有益的研究和探索，并設計開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，論文的主要研究成果總結如下：
　　 提出了一種多目標優(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、機床運動平穩(wěn)的刀軸矢量?，F(xiàn)有算法在確定最優(yōu)刀+軸矢量時，多以材料去除率最大作為優(yōu)化目標，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。本文從這幾個方面建立了單個刀軸矢量優(yōu)劣、相鄰刀軸矢量光順性的度量指標，并以度量指標加權和最小作為優(yōu)化目標建立了刀軸矢量優(yōu)化模型，將多目標規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為力學平衡問題，高斯球面上運動節(jié)點的平衡位置就是最優(yōu)刀軸矢量。
　　 提出了一種基于人工勢場法的全局干涉檢查算法，提高了算法的計算效率和魯棒性。該算法通過求解復雜NURBS曲面間的最小距離判斷干涉與否，并對干涉刀位給出了刀位修正算法。通過構建人工勢場模型，分析虛擬小球受力

4、情況，模擬其運動過程，獲取平衡位置，將非線性方程組的求解轉(zhuǎn)化為運動學中平衡位置的求取問題，可應用于NURBS、三角片或數(shù)學解析式表示的點、線、面間最小距離的求解。
　　 提出了一種基于旋轉(zhuǎn)軸插補的RTCP插補算法，減小了非線性誤差，保證了插補過程中機床旋轉(zhuǎn)軸的運動平穩(wěn)性；當?shù)毒唛L度變化時無需重新通過后置處理生成數(shù)控程序，提高了加工效率。針對刀軸矢量變化較大時該算法在插補過程中可能出現(xiàn)的全局干涉現(xiàn)象，推導了RTCP插補過程中的刀桿

5、偏差系數(shù)公式，避免了碰撞現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 提出了一種實時前瞻的微線段直接插補算法，可以解決目前直接插補法在微線段加工中出現(xiàn)頻繁加減速、不能精確到位的問題，實現(xiàn)微線段的高速高精加工。在精插補器中設計的勻變速DDA精插補算法能根據(jù)待插補直線段的始末速度在給定的插補周期內(nèi)實現(xiàn)勻變速運動，可以減小機床沖擊，改善零件表面加工質(zhì)量。粗插補任務通過正向速度規(guī)劃和反向速度修正，計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