本文關(guān)鍵詞：面向五軸高速加工的高品質(zhì)刀具路徑規(guī)劃研究

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【摘要】：五軸數(shù)控加工已成為復(fù)雜曲面零件高效加工的重要手段,主要通過改變刀軸的方向提高刀具可達(dá)性,避免刀具和工件之間的干涉。論文針對由離散刀位構(gòu)成的一階線性不連續(xù)刀路會(huì)影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性問題,提出在工件坐標(biāo)系下對線性刀路進(jìn)行光順,獲取滿足精度且達(dá)到G1以上連續(xù)的等距雙NURBS刀具路徑。本文研究的主要內(nèi)容及獲得的創(chuàng)新性成果如下:一.論文從線幾何和對偶四元數(shù)角度研究刀具沿插值刀具路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)的表達(dá)式,利用對偶四元數(shù)B樣條矢量函數(shù)擬合線性刀路,插值得到描述刀具中心點(diǎn)和刀軸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的等距雙NURBS曲線刀具路徑,從而獲得無干涉適應(yīng)高速加工的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。仿真實(shí)驗(yàn)表明,用提出的算法對工件坐標(biāo)系中的線性刀路進(jìn)行光順,能夠獲得滿足擬合精度且達(dá)到G1以上連續(xù)的等距雙NURBS刀具路徑。二.基于對偶四元數(shù)生成等距雙NURBS刀具路徑的方法,雖然能使兩條曲線在刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)處的間距相等,但是不能保證在刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)間的任意位置都是等距的。因此,論文提出了在高斯球面中光順刀軸矢量曲線的方法,用以解決生成的等距雙NURBS曲線刀路中兩條曲線對應(yīng)間距有可能不相等的問題。由于基于高斯球面生成的兩條曲線參數(shù)不同,論文構(gòu)建了一種等距雙NURBS曲線參數(shù)同步模型,用來解決等距雙NURBS刀具路徑的同步插補(bǔ)問題。仿真算例表明,所提算法可以生成等距雙NURBS刀具路徑且參數(shù)同步插補(bǔ)模型的精度達(dá)到10-5mm級數(shù)以下且主要集中在10-6mm級數(shù)上。三.論文通過分析生成的等距雙NURBS刀路運(yùn)動(dòng)軌跡,推導(dǎo)出任一瞬時(shí)刀軸的速度場分布,針對任意給定的五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)和機(jī)床各軸伺服能力約束,推導(dǎo)五軸等距雙NURBS曲線插補(bǔ)中機(jī)床各軸產(chǎn)生的速度、加速度與進(jìn)給速度及進(jìn)給加速度之間關(guān)系,使插補(bǔ)器的輸出命令不超出機(jī)床各軸的伺服能力。在實(shí)際應(yīng)用中,論文提出的五軸等距NURBS刀具路徑光順?biāo)惴ú粌H能夠提高切削過程的平穩(wěn)性,減少機(jī)床頻繁的加減速從而提高整個(gè)加工的切削效率,而且可以大大提高工件曲面的加工精度,改善曲面的粗糙度并提高曲面的光順性,具有很強(qiáng)的工程實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：對偶四元數(shù) 五軸加工 等距雙NURBS 刀具路徑規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題的來源13
• 1.2 課題的學(xué)術(shù)背景及目的與實(shí)際意義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14-19
• 1.3.1 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢14-15
• 1.3.2 五軸數(shù)控加工技術(shù)15-19
• 1.4 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述19-21
• 1.4.1 NURBS刀具路徑生成技術(shù)19-20
• 1.4.2 NURBS 曲線的擬合算法20-21
• 1.5 主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章NURBS曲線基礎(chǔ)及理論23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 Bezier曲線24-25
• 2.3 B樣條曲線25-27
• 2.4 NURBS曲線27-33
• 2.4.1 NURBS曲線的定義27-29
• 2.4.2 NURBS曲線的性質(zhì)29-31
• 2.4.3 NURBS曲線的優(yōu)缺點(diǎn)31
• 2.4.4 NURBS曲線的求值31-32
• 2.4.5 NURBS曲線導(dǎo)矢的計(jì)算32-33
• 2.5 NURBS曲線生成算法33-37
• 2.5.1 節(jié)點(diǎn)矢量的計(jì)算33-35
• 2.5.2 曲線前后端的邊界條件35-36
• 2.5.3 計(jì)算型值點(diǎn)的控制頂點(diǎn)36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 基于對偶四元數(shù)的五軸等距雙NURBS刀路規(guī)劃38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 等距雙NURBS刀路的生成38-42
• 3.2.1 剛體運(yùn)動(dòng)位移的四元數(shù)表示38-39
• 3.2.2 五軸刀位的對偶四元數(shù)表達(dá)39-41
• 3.2.3 五軸聯(lián)動(dòng)刀具的B樣條運(yùn)動(dòng)41-42
• 3.3 五軸等距雙NURBS刀具路徑42-43
• 3.4 五軸等距雙NURBS刀路G代碼生成43-44
• 3.5 算例與分析44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 基于高斯球面優(yōu)化的等距雙NURBS刀路生成與插補(bǔ)46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 五軸加工雙NURBS曲線格式47-48
• 4.3 基于高斯球面優(yōu)化的五軸等距雙NURBS刀具路徑48-52
• 4.3.1 刀具中心點(diǎn)NURBS曲線 (uP) 的生成49-50
• 4.3.2 基于高斯球面優(yōu)化的刀軸點(diǎn)NURBS曲線 (wQ) 的生成50-52
• 4.4 基于參數(shù)同步的五軸等距雙NURBS刀具路徑插補(bǔ)52-55
• 4.4.1 構(gòu)建曲線參數(shù)關(guān)系模型52-53
• 4.4.2 等距雙NURBS刀具路徑的插補(bǔ)53-55
• 4.5 算例仿真55-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 五軸加工等距雙NURBS插補(bǔ)的速度規(guī)劃62-75
• 5.1 刀具速度場分布和約束62-66
• 5.1.1 刀具速度場分布62-64
• 5.1.2 刀具速度場約束對進(jìn)給速度的限制64-66
• 5.2 五軸加工等距雙NURBS插補(bǔ)中的機(jī)床各軸速度、加速度及其約束66-70
• 5.2.1 五軸加工等距雙NURBS插補(bǔ)中的機(jī)床各軸坐標(biāo)66
• 5.2.2 五軸加工等距雙NURBS插補(bǔ)中的機(jī)床各軸速度66-67
• 5.2.3 五軸機(jī)床各軸速度約束67
• 5.2.4 五軸加工等距雙NURBS插補(bǔ)中的機(jī)床各軸加速度67-70
• 5.3 機(jī)床各軸最大加速度約束確定的最大進(jìn)給速度、加速度70-72
• 5.3.1 機(jī)床各軸最大加速度約束確定的最大進(jìn)給速度70
• 5.3.2 機(jī)床各軸最大加速度約束確定的可行進(jìn)給加速度范圍70-72
• 5.4 綜合約束下的可行進(jìn)給速度與加速度范圍72
• 5.5 仿真實(shí)驗(yàn)72-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-78
• 6.1 總結(jié)75-76
• 6.2 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 附錄83-85
• 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85-86
• 致謝86-87

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王興波,李圣怡;自動(dòng)計(jì)算NURBS初始權(quán)因子的方法[J];航空學(xué)報(bào);2001年02期

2 楊旭靜;楊欽文;;基于離散刀位點(diǎn)的復(fù)合刀具路徑生成方法研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年10期

3 張力,張?jiān)坪?鄧稼，

本文編號(hào)：1099357