本文關(guān)鍵詞：面向連續(xù)短線段高速加工的平滑轉(zhuǎn)接及前瞻控制研究

  更多相關(guān)文章： 五軸加工 NURBS曲線 刀具路徑光順 前瞻控制算法 S加減速算法

【摘要】：高速高精度數(shù)控加工主要應(yīng)用于由復(fù)雜曲線曲面離散形成的一系列連續(xù)短線段的加工。針對數(shù)控加工一階線性不連續(xù)刀路時(shí),速度、加速度突變會(huì)影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性問題,本文通過研究三軸數(shù)控加工曲面的線性刀路局部轉(zhuǎn)接原理及其平滑過渡的實(shí)現(xiàn),探討適用于五軸加工復(fù)雜曲面時(shí)線性刀路的局部平滑過渡設(shè)計(jì)方案。綜合考慮路徑平滑轉(zhuǎn)接算法、加減速控制算法、前瞻控制算法,展開復(fù)雜曲面五軸高效高精加工刀路局部光順研究,實(shí)現(xiàn)速度和加速度的連續(xù)平滑變化,最大限度滿足五軸機(jī)床高效高精加工。本文的主要研究內(nèi)容及取得的成果如下:一.深入研究了前瞻控制算法、S加減速算法及光順過渡NURBS曲線等的理論和實(shí)現(xiàn),為后續(xù)章節(jié)中采用NURBS曲線進(jìn)行拐角光順及提出的前瞻S加減速控制算法奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。二.針對連續(xù)短線段高速加工中速度和加速度突變會(huì)引起機(jī)床運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)的問題,提出在相鄰線段的轉(zhuǎn)接處構(gòu)建滿足精度且曲率連續(xù)的NURBS圓弧過渡路徑,實(shí)現(xiàn)拐角平滑轉(zhuǎn)接。在此基礎(chǔ)上,提出一種圓弧過渡的前瞻控制算法,采用7段和5段混合的雙向S加減速控制算法進(jìn)行速度規(guī)劃,旨在滿足弦高誤差和機(jī)床動(dòng)力學(xué)條件下獲得最大轉(zhuǎn)接速度,避免機(jī)床頻繁啟停,實(shí)現(xiàn)速度與加速度的連續(xù)高速平滑過渡,大大減少對機(jī)床的沖擊。算例表明,該算法能獲得更高更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)接速度,有效提高加工效率和加工質(zhì)量,滿足高速加工的需求。三.針對五軸離散刀位構(gòu)成的刀路是一階線性不連續(xù)的,導(dǎo)致刀具加工運(yùn)動(dòng)時(shí),速度和加速度會(huì)在線性路徑的拐角處發(fā)生突變,影響工件的加工質(zhì)量。本文提出分別在刀具中心點(diǎn)路徑和刀軸點(diǎn)路徑的拐角處,構(gòu)建滿足精度約束且曲率連續(xù)(G2連續(xù))的等距三次NURBS曲線,實(shí)現(xiàn)五軸線性路徑的光順轉(zhuǎn)接,消除線性軌跡的一階不連續(xù)。在此基礎(chǔ)上,分別構(gòu)建雙NURBS路徑和平移路徑間的參數(shù)同步關(guān)系,實(shí)現(xiàn)刀具平移和旋轉(zhuǎn)的平滑變化。最后通過葉輪葉片實(shí)驗(yàn),表明本算法在滿足誤差約束的同時(shí),生成達(dá)到G2連續(xù)的等距雙NURBS曲線刀路,進(jìn)而獲得更好的零件加工質(zhì)量。四.分析五軸側(cè)銑加工的等距雙NURBS刀具路徑,針對所給定的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床以及機(jī)床各軸的伺服能力約束下,機(jī)床各軸的速度和加速度的極值范圍,推導(dǎo)五軸聯(lián)動(dòng)等距雙NURBS刀路插補(bǔ)中進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度的可行范圍,使插補(bǔ)器的輸出命令滿足機(jī)床各軸伺服能力的約束。綜上,本文以三軸路徑局部平滑轉(zhuǎn)接模型為基礎(chǔ),提出在工件坐標(biāo)系下對相鄰五軸線性刀路進(jìn)行平滑過渡,獲取滿足精度且達(dá)到G2連續(xù)的五軸等距雙NURBS平滑轉(zhuǎn)接模型。根據(jù)機(jī)床各軸伺服能力約束下,機(jī)床各軸的速度和加速度的極值范圍,推導(dǎo)五軸聯(lián)動(dòng)等距雙NURBS刀路插補(bǔ)中進(jìn)給速度和加速度的可行范圍,建立適合五軸刀路轉(zhuǎn)接平滑插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
【關(guān)鍵詞】：五軸加工 NURBS曲線 刀具路徑光順 前瞻控制算法 S加減速算法
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 課題的來源13
• 1.2 課題的背景及目的與意義13-14
• 1.2.1 課題的背景13
• 1.2.2 課題目的與意義13-14
• 1.3 五軸數(shù)控加工簡介14-22
• 1.3.1 五軸數(shù)控加工技術(shù)14-17
• 1.3.2 刀具路徑光順17-20
• 1.3.3 速度規(guī)劃20-22
• 1.4 主要研究內(nèi)容22-25
• 第二章 基于光順過渡的前瞻速度規(guī)劃理論25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 前瞻控制的基本原理與實(shí)現(xiàn)26-29
• 2.2.1 前瞻控制的基本原理26-27
• 2.2.2 前瞻控制的實(shí)現(xiàn)原理27-29
• 2.3 前瞻速度平滑處理中的S曲線加減速速度規(guī)劃29-32
• 2.3.1 S曲線加減速速度規(guī)劃29-31
• 2.3.2 S曲線加減速進(jìn)行前瞻速度平滑的處理流程31-32
• 2.4 NURBS曲線32-35
• 2.4.1 NURBS曲線的定義32-34
• 2.4.2 NURBS曲線的優(yōu)缺點(diǎn)34
• 2.4.3 NURBS曲線的求值34-35
• 2.4.4 NURBS曲線導(dǎo)矢的計(jì)算35
• 2.5 NURBS曲線的生成35-40
• 2.5.1 節(jié)點(diǎn)矢量的計(jì)算36-38
• 2.5.2 曲線前后端的邊界條件38-39
• 2.5.3 計(jì)算控制頂點(diǎn)39-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 面向連續(xù)短線段高速加工的圓弧轉(zhuǎn)接前瞻控制算法41-55
• 3.1 引言41-42
• 3.2 拐角圓弧過渡模型42-44
• 3.2.1 (?)的二次NURBS圓弧42-43
• 3.2.2 (?)的二次NURBS圓弧43-44
• 3.2.3 曲率連續(xù)44
• 3.3 圓弧過渡前瞻控制44-50
• 3.3.1 圓弧構(gòu)建45-46
• 3.3.2 轉(zhuǎn)接速度的確定46-47
• 3.3.3 圓弧過渡速度平滑處理47-50
• 3.4 算例與分析50-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 基于雙NURBS曲線平滑的五軸加工路徑局部拐角光順?biāo)惴?/span>55-71
• 4.1 引言55-56
• 4.2 五軸路徑局部拐角光順?biāo)惴?/span>56-62
• 4.2.1 五軸路徑拐角雙NURBS曲線的表示56-57
• 4.2.2 刀尖點(diǎn)線性路徑的拐角光順57-61
• 4.2.3 G~2光順的五軸路徑拐角雙NURBS過渡模型的建立61-62
• 4.3 G~2連續(xù)的五軸路徑的參數(shù)同步62-65
• 4.3.1 拐角雙NURBS曲線的參數(shù)同步62-64
• 4.3.2 線性路徑段的同步64-65
• 4.4 仿真與實(shí)驗(yàn)65-70
• 4.4.1 算例仿真65-68
• 4.4.2 側(cè)銑葉片實(shí)驗(yàn)68-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第五章 五軸加工雙NURBS光順刀路的速度規(guī)劃71-80
• 5.1 五軸機(jī)床各軸伺服約束下的速度71-73
• 5.1.1 五軸等距雙NURBS光順刀路的機(jī)床各軸坐標(biāo)71-72
• 5.1.2 五軸加工等距雙NURBS光順刀路的機(jī)床各軸速度72
• 5.1.3 五軸機(jī)床各軸約束下的最大速度72-73
• 5.2 五軸機(jī)床各軸伺服約束下的加速度73-75
• 5.2.1 五軸加工等距雙NURBS光順刀路的機(jī)床各軸加速度73-74
• 5.2.2 五軸機(jī)床各軸約束下的最大加速度74-75
• 5.3 五軸等距雙NURBS刀具路徑同步插補(bǔ)75-77
• 5.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證77-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-83
• 6.1 總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果88-89
• 致謝89-90

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