【摘要】：五軸數(shù)控機(jī)床由于高效率、高精度、刀軸方向可變等一系列優(yōu)勢(shì),對(duì)加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等具有高精度要求的復(fù)雜零件具有先天優(yōu)勢(shì);然而與三軸機(jī)床相比,五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床也存在非線性誤差、奇異點(diǎn)現(xiàn)象等特性。奇異現(xiàn)象不僅會(huì)降低工件的加工質(zhì)量,而且由于加速度無窮大還會(huì)對(duì)機(jī)床造成一定的損害。針對(duì)奇異點(diǎn)現(xiàn)象,目前的解決方法主要在路徑規(guī)劃階段就考慮奇異問題,并在加工路徑生成后,對(duì)加工路徑刪除產(chǎn)生奇異點(diǎn)并插入合適的刀位點(diǎn)。本文提出一種通過調(diào)整工件裝夾的姿態(tài)的方法,以解決奇異點(diǎn)問題;在解決奇異問題的基礎(chǔ)上,分析五軸加工的動(dòng)力學(xué)性能,對(duì)機(jī)床的進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化,旨在讓整個(gè)加工過程中旋轉(zhuǎn)軸的最大加速度取得最小值,以盡可能的提高機(jī)床進(jìn)給率,縮短整個(gè)加工所需要的時(shí)間。在解決前兩個(gè)問題的同時(shí),考慮工件裝夾的位置,使得加工所需的工作空間(工件在整個(gè)加工刀位點(diǎn)狀態(tài)下的最小包圍盒)最小。工件裝夾優(yōu)化算法主要包含以下流程:假設(shè)工件在加工中不動(dòng),刀具做五軸加工的運(yùn)動(dòng)。從工件的五軸加工的刀軌文件中提取刀位點(diǎn)、刀軸方向;將刀軸矢量起點(diǎn)移動(dòng)到某個(gè)單位球原點(diǎn)(該單位球稱之為高斯球),則終點(diǎn)落在球面,就得到了高斯球上的離散點(diǎn);求出離散點(diǎn)的邊界并擬合為樣條曲線;對(duì)樣條曲線在球面上求偏置,并對(duì)偏置曲線去除自相交;以解決奇異問題和優(yōu)化動(dòng)力學(xué)性能為目標(biāo)定義目標(biāo)函數(shù),并用遺傳算法找到工件裝夾的最佳姿態(tài);定義以五軸加工所需的工作空間最小為目的的目標(biāo)函數(shù),并用遺傳算法找到工件裝夾的最佳位置。最后,對(duì)本文提出的算法進(jìn)行仿真試驗(yàn),對(duì)比工件在不同加工姿態(tài)下是否出現(xiàn)奇異問題,同時(shí)對(duì)比工件在不同姿態(tài)下的動(dòng)力學(xué)性能、在不同位置下所需的最小工作空間,驗(yàn)證了基于本文研究提出的通過優(yōu)化工件裝夾的算法確實(shí)在解決奇異問題的同時(shí)并優(yōu)化加工的動(dòng)力學(xué)性能,且使得所需的工作空間最小。
【圖文】：

重大（04）專項(xiàng) 航天復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)件X04011014-005） 。重大（04）專項(xiàng) 核工業(yè)專用零部005） 。重大（04）專項(xiàng) 高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵共005007） 。一臺(tái)三軸數(shù)控銑床誕生[1]。由于數(shù)控機(jī)床一系列的優(yōu)勢(shì)[2~4]，，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（一[5]。在數(shù)控機(jī)床誕生的初期，三軸數(shù)控技的發(fā)展，三軸加工的不足逐漸顯現(xiàn)出來）的加工，很容易出現(xiàn)刀具和工件相干涉

航空航天、精密器械等行業(yè)有著重大的影響力，對(duì)國內(nèi)外未來的發(fā)展具有。由于其重要地位及歐美等發(fā)達(dá)國家在五軸數(shù)控機(jī)床方面的壟斷優(yōu)勢(shì)，再制造業(yè)對(duì)于多軸高速加工技術(shù)的掌握還在起步階段，嚴(yán)重制約了我國高端發(fā)展[6]。所以研究五軸加工的相關(guān)問題，具有重要意義。五軸機(jī)床在帶來一系列優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又存在一些弊端：由于刀具方向可以，就使得路徑規(guī)劃階段變得十分復(fù)雜，如果考慮不周，在加工階段有可能和工件相碰撞的結(jié)果，甚至?xí)䦟?duì)機(jī)床造成破壞；由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的影響，的合成運(yùn)動(dòng)是一系列的弧形線段，這樣刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就偏離了理論（還有部分原因是五軸機(jī)床因速度、加速度變化過大引起的動(dòng)力學(xué)影響[8]成非線性誤差。非線性誤差是五軸機(jī)床特有的，只能減小不能消除。然而上問題，五軸加工在某些時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)其它問題：當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)動(dòng)到某個(gè)刀軸時(shí)（對(duì)于 AC 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床，該方向?yàn)?0 0 1 ，某個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（對(duì)于 五軸機(jī)床，該軸為 C 軸）可能會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的大角度轉(zhuǎn)動(dòng)，并造成平動(dòng)軸的
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG659

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 周續(xù);張定華;吳寶海;羅明;;非正交雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床后置處理通用方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年15期

2 李顯雙;樊留群;齊黨進(jìn);;五軸加工奇異問題及其處理方法[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2013年06期

3 王瀏寧;;五軸數(shù)控加工奇異點(diǎn)問題研究[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2012年05期

4 于孝水;樊留群;齊黨進(jìn);朱志浩;;冗余軸解決五軸加工奇異問題的研究[J];機(jī)電一體化;2012年05期

5 王峰;林滸;劉峰;鄭樎默;郭曉鶴;;五軸加工奇異區(qū)域內(nèi)的刀具路徑優(yōu)化[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年19期

6 王峰;林滸;鄭樎默;楊富枝;;五軸加工奇異區(qū)域的檢測(cè)和處理[J];計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng);2011年07期

7 王丹;陳志同;陳五一;;五軸加工中非線性誤差的檢測(cè)和處理方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2008年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林志偉;五軸數(shù)控加工無干涉無奇異高效軌跡生成與優(yōu)化研究[D];浙江大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李莊;五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)通用建模理論研究及應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2013年

2 謝曉亮;基于UG的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的后置處理系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2675023