高層數(shù)控裁床加工機理及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高層數(shù)控裁床以加工效率、原材料利用率高、不損傷剪裁對象、污染低等優(yōu)勢，在布料/皮革等薄片狀非金屬材料加工中扮演著越來越重要的角色。針對剪裁區(qū)的剪裁布料/皮革厚、進給速度快、剪裁路徑復(fù)雜、剪裁期間不間斷過窗等問題，深入研究機床加工機理及其關(guān)鍵技術(shù)理論，包括多因素關(guān)聯(lián)的速度規(guī)劃方法、“動態(tài)實時相切”三軸聯(lián)動插補算法、過窗剪裁條件下的插補算法與速度規(guī)劃方法，動態(tài)載荷下刀具大形變問題及其加工誤差分析。通過對高層數(shù)控裁床加工機理及其關(guān)鍵技術(shù)理論研

2、究與實踐，為設(shè)備運行穩(wěn)定可靠、剪裁加工智能、動力節(jié)能降耗等現(xiàn)有技術(shù)革新方案提供理論支撐。
　　1．三軸聯(lián)動實時動態(tài)相切插補算法
　　高層數(shù)控裁床加工過程包括三軸聯(lián)動插補過程：沿X、Y軸方向進給運動，沿著Z軸轉(zhuǎn)動輔助進給運動。以剪裁路徑曲線為直線、圓弧分析對象，提出了基于Z軸等步長的三軸聯(lián)動插補算法；以NURBUS曲線為研究對象，分別提出以最大弓高、最大法向加速度為約束，參數(shù)等步長數(shù)等補償高次曲線三軸聯(lián)動插補算法；以大曲率曲線

3、和剪裁輪廓為尖角為研究對象，提出“以曲代直”和“以曲代曲”的插補控制策略，為減少提刀次數(shù)，提高加工效率。仿真和實踐結(jié)果表明，刀具實時動態(tài)相切三軸聯(lián)動插補算法控制機床加工有效，達到加工精度要求。
　　2．剪裁速度及其加速度規(guī)劃方法研究
　　以加工對象的剪切強度、切削厚度、剪裁路徑曲線曲率為因子，提出三要素相關(guān)聯(lián)的速度及其加速度規(guī)劃方法。建立了以材料特性、切削用量為要素的直線路徑剪裁速度及其加速度規(guī)劃數(shù)學(xué)模型；以此直線規(guī)劃模型為

4、依據(jù)，進一步推導(dǎo)出曲率不變的圓弧路徑剪裁的速度及其加速度規(guī)劃模型；以不變曲率的圓弧規(guī)劃模型為依據(jù)，推導(dǎo)出變曲率的橢圓、拋物線、雙曲線的速度及其加速度規(guī)劃模型；在此基礎(chǔ)上，進一步探討了NURBUS曲線速度及其加速度規(guī)劃算法。實驗仿真結(jié)果表明，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)機床加工平穩(wěn)，提高加工速度效率的要求，并驗證了速度規(guī)劃理論的正確性。
　　3．過窗剪裁條件下動態(tài)實時插補和速度規(guī)劃研究
　　為了提高高層數(shù)控裁床加工效率，實現(xiàn)不間斷過窗加工工

5、序，提出了一種適合生產(chǎn)工況的插補算法和速度規(guī)劃算法；深入分析了過窗結(jié)構(gòu)運動規(guī)律，建立了橫縱向進給運動、動態(tài)實時相切運動以及過窗運動四軸聯(lián)動的插補算法模型；建立了過窗剪裁條件下速度控制策略和規(guī)劃算法。對高層數(shù)控裁床插補算法、速度規(guī)劃方法進行仿真分析和驗證，為數(shù)控裁床加工效率的提高、產(chǎn)品技術(shù)升級提供重要的理論支撐。
　　4．動載荷作用下刀具形變與誤差
　　分析了低次曲線與高次曲線路徑裁剪過程中刀具剪裁力和扭矩，運用數(shù)學(xué)積分法推導(dǎo)

6、了刀具動態(tài)載荷變化下的彈性復(fù)合形變模型，并提出了一種動態(tài)載荷下刀具復(fù)合大形變引起的曲線剪裁誤差計算方法。剪裁刀具高頻振動運動條件下，分析在直線剪裁、二次曲線剪裁以及高次曲線條件下的載荷變化規(guī)律，建立了相應(yīng)的形變彈性力學(xué)模型和誤差計算方法，并提出了因刀具形變引起剪裁誤差的刀刀具補償方法。通過機床動態(tài)參數(shù)監(jiān)測，驗證了形變誤差及其刀具補償方法的合理性和有效性。
　　理論和實驗表明，高層數(shù)控裁床加工機理及其關(guān)鍵技術(shù)研究對于提高高層數(shù)控裁床