基于驅(qū)動約束的五軸數(shù)控加工刀軸優(yōu)化方法.pdf

1、復雜曲面類零件，如燃氣輪機轉子、發(fā)動機葉片、螺旋槳、模具等，在航空航天、能源、交通運輸?shù)阮I域起著關鍵性作用。其曲面一般根據(jù)流體動力學特性進行設計，形狀較為復雜，需要采用多軸數(shù)控加工技術進行加工。刀具軌跡規(guī)劃是多軸加工的關鍵環(huán)節(jié)，不合理的刀具軌跡將導致刀軸突變、干涉碰撞等問題，使曲面的加工精度和加工效率降低。針對上述問題，許多學者從幾何特性、運動學特性和動力學特性等方面進行了研究，幾何特性主要考慮提高加工精度、避免干涉碰撞、增大切削帶寬等

2、；運動和動力特性主要考慮光順刀具路徑、減小切削力和扭矩突變等。其中，大多數(shù)刀軸矢量優(yōu)化方法都是基于工件坐標系，沒有考慮機床驅(qū)動軸運動的光順性。
　　本文以復雜曲面零件五軸數(shù)控銑削為應用背景，綜合考慮了幾何特性中的避免干涉碰撞，和機床驅(qū)動軸的運動動力特性，提出了一種無碰撞，且可提高機床旋轉軸運動光順性的刀軸優(yōu)化方法。該方法包括基于驅(qū)動約束的角加速度最小化方法和基于樣條應變能的曲線光順方法。角加速度最小化是根據(jù)已確定的特殊刀觸點處刀軸

3、矢量，求出一般位置處刀軸矢量的一種刀軸光順方法。首先對于工件坐標系下的初始刀軸矢量，根據(jù)逆向運動學變換求出機床旋轉軸轉角，再根據(jù)幾何特性和旋轉軸角速度突變情況，確定出代表性刀軸矢量及其可行空間，之后以旋轉角的角加速度平方和最小為目標，求出一般刀觸點處的旋轉角；然后采用基于樣條應變能的光順方法，將代表性刀軸矢量在其可行域內(nèi)調(diào)整，以旋轉角曲線的應變能最小為目標，對旋轉角進行二次優(yōu)化。最終將優(yōu)化后的旋轉角變換為刀軸矢量，獲得無碰撞且光順的刀具

4、路徑。
　　為驗證本優(yōu)化方法的有效性，本文根據(jù)發(fā)動機葉片這一典型復雜曲面類零件，構建了一個雙葉片模型，對其初始刀具路徑進行優(yōu)化。仿真結果顯示葉片前后緣處刀軸突變情況得到明顯改善，旋轉軸轉角的角速度、角加速度最大值大幅降低，使旋轉軸的運動學性能和動力學性能得到提高。然后利用 DMU50五軸數(shù)控加工中心進行實際加工實驗，結果顯示本方法可以提高葉片前后緣處的實際進給率，從而使加工時間縮短了13.5%。而且由于刀具路徑的光順性得到改善，使