本文關鍵詞：面向連續(xù)短線段高速加工的平滑轉接及前瞻控制研究

  更多相關文章： 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)控加工主要應用于由復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,速度、加速度突變會影響機床運動平穩(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接原理及其平滑過渡的實現(xiàn),探討適用于五軸加工復雜曲面時線性刀路的局部平滑過渡設計方案。綜合考慮路徑平滑轉接算法、加減速控制算法、前瞻控制算法,展開復雜曲面五軸高效高精加工刀路局部光順研究,實現(xiàn)速度和加速度的連續(xù)平滑變化,最大限度滿足五軸機床高效高精加工。本文的主要研究內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曲線等的理論和實現(xiàn),為后續(xù)章節(jié)中采用NURBS曲線進行拐角光順及提出的前瞻S加減速控制算法奠定堅實的理論基礎。二.針對連續(xù)短線段高速加工中速度和加速度突變會引起機床運動不平穩(wěn)的問題,提出在相鄰線段的轉接處構建滿足精度且曲率連續(xù)的NURBS圓弧過渡路徑,實現(xiàn)拐角平滑轉接。在此基礎上,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加減速控制算法進行速度規(guī)劃,旨在滿足弦高誤差和機床動力學條件下獲得最大轉接速度,避免機床頻繁啟停,實現(xiàn)速度與加速度的連續(xù)高速平滑過渡,大大減少對機床的沖擊。算例表明,該算法能獲得更高更平穩(wěn)的轉接速度,有效提高加工效率和加工質量,滿足高速加工的需求。三.針對五軸離散刀位構成的刀路是一階線性不連續(xù)的,導致刀具加工運動時,速度和加速度會在線性路徑的拐角處發(fā)生突變,影響工件的加工質量。本文提出分別在刀具中心點路徑和刀軸點路徑的拐角處,構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,實現(xiàn)五軸線性路徑的光順轉接,消除線性軌跡的一階不連續(xù)。在此基礎上,分別構建雙NURBS路徑和平移路徑間的參數(shù)同步關系,實現(xiàn)刀具平移和旋轉的平滑變化。最后通過葉輪葉片實驗,表明本算法在滿足誤差約束的同時,生成達到G2連續(xù)的等距雙NURBS曲線刀路,進而獲得更好的零件加工質量。四.分析五軸側銑加工的等距雙NURBS刀具路徑,針對所給定的五軸聯(lián)動數(shù)控機床以及機床各軸的伺服能力約束下,機床各軸的速度和加速度的極值范圍,推導五軸聯(lián)動等距雙NURBS刀路插補中進給速度和進給加速度的可行范圍,使插補器的輸出命令滿足機床各軸伺服能力的約束。綜上,本文以三軸路徑局部平滑轉接模型為基礎,提出在工件坐標系下對相鄰五軸線性刀路進行平滑過渡,獲取滿足精度且達到G2連續(xù)的五軸等距雙NURBS平滑轉接模型。根據(jù)機床各軸伺服能力約束下,機床各軸的速度和加速度的極值范圍,推導五軸聯(lián)動等距雙NURBS刀路插補中進給速度和加速度的可行范圍,建立適合五軸刀路轉接平滑插補的運動學模型。
【關鍵詞】：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
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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34
• 2.4.3 NURBS曲線的求值34-35
• 2.4.4 NURBS曲線導矢的計算35
• 2.5 NURBS曲線的生成35-40
• 2.5.1 節(jié)點矢量的計算36-38
• 2.5.2 曲線前后端的邊界條件38-39
• 2.5.3 計算控制頂點39-40
• 2.6 本章小結40-41
• 第三章 面向連續(xù)短線段高速加工的圓弧轉接前瞻控制算法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 圓弧構建45-46
• 3.3.2 轉接速度的確定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算法55-71
• 4.1 引言55-56
• 4.2 五軸路徑局部拐角光順算法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 仿真與實驗65-70
• 4.4.1 算例仿真65-68
• 4.4.2 側銑葉片實驗68-70
• 4.5 本章小結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光順刀路的機床各軸坐標71-72
• 5.1.2 五軸加工等距雙NURBS光順刀路的機床各軸速度72
• 5.1.3 五軸機床各軸約束下的最大速度72-73
• 5.2 五軸機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光順刀路的機床各軸加速度73-74
• 5.2.2 五軸機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75-77
• 5.4 實驗驗證77-79
• 5.5 本章小結79-80
• 第六章 總結與展望80-83
• 6.1 總結80-81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻83-88
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得的相關科研成果88-89
• 致謝89-90

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