本文關(guān)鍵詞：基于線性微分系統(tǒng)的曲線曲面構(gòu)造及五軸加工刀位優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 五軸加工 微分方程 非線性優(yōu)化 曲線曲面建模 刀位優(yōu)化

【摘要】：隨著多軸數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)品的造型越來越趨向于復(fù)雜化,產(chǎn)品的幾何造型逐漸與力學(xué)等多學(xué)科相融合,流線造型的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。流線造型的產(chǎn)品除了具有優(yōu)美的外觀,更具有良好的空氣動(dòng)力學(xué)和力學(xué)性能。數(shù)控加工的基礎(chǔ)是精確的曲面表達(dá)和切矢、法式等信息,因此,如何對(duì)流線造型產(chǎn)品的表面進(jìn)行描述和表達(dá),是這類產(chǎn)品得以加工的前提。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究中,非加工廠家和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)很難獲得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙和精確的尺寸數(shù)據(jù),因此,多采用逆向工程進(jìn)行產(chǎn)品外型重構(gòu),通過獲取產(chǎn)品表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合重構(gòu)。在散亂數(shù)據(jù)的曲線曲面重構(gòu)中,如果給出每個(gè)點(diǎn)處的矢量信息,按照這些矢量和散點(diǎn)構(gòu)建曲線曲面的問題可以轉(zhuǎn)換為線性常微分方程的求解問題,因此,本文提出了一種基于線性常微分方程的曲線曲面建模方法。該方法在散亂的數(shù)據(jù)點(diǎn)中選取合適的初始值,沿著矢量場(chǎng)所給定的方向?qū)η�曲面上的點(diǎn)進(jìn)行積分求解,所得的積分曲線即為曲面流線,然后通過參數(shù)化和最小二乘法擬合出在垂直流線的方向上的曲線,形成曲面骨架,從而構(gòu)建曲面。利用這種方式生成的曲線曲面自身蘊(yùn)藏豐富的切矢、曲率等幾何信息,并且與流線的相關(guān)知識(shí)結(jié)合,符合曲線曲面流線造型的發(fā)展趨勢(shì)。采用常微分方程構(gòu)建的曲線曲面,可以直接以積分曲線作為刀具軌跡進(jìn)行加工。在加工過程中,由于五軸加工在刀具位向上增加了兩個(gè)自由度,理論上刀具可以以任意姿態(tài)到達(dá)工件的任何位置,在高速加工中,當(dāng)?shù)毒呗窂缴系毒咦藨B(tài)有劇烈變化時(shí),往往容易超出機(jī)床的驅(qū)動(dòng)約束,產(chǎn)生抖動(dòng)或者刀具的損壞,嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)機(jī)床造成損壞。因此,通過優(yōu)化刀具姿態(tài)來改善加工過程,對(duì)提高加工過程的穩(wěn)定性和工件的質(zhì)量及精度有極為重要的意義。針對(duì)這一問題,本文提出了一種適用于參數(shù)曲線的多約束刀位優(yōu)化算法。該算法考慮的約束條件可以涵蓋工藝特性、刀具運(yùn)動(dòng)特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性。結(jié)合機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論,可推導(dǎo)出各約束條件與刀位信息之間的解析關(guān)系式。然后,以一合適的參數(shù)間隔對(duì)刀軌進(jìn)行離散處理,即可建立刀位優(yōu)化的非線性規(guī)劃模型,該模型以相鄰采樣點(diǎn)處的刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)。本文以葉片為例,進(jìn)行了常微分方程曲線曲面擬合和非線性刀位優(yōu)化的仿真驗(yàn)證,以曲線曲面擬合中的流線軌跡作為刀軌進(jìn)行了刀位非線性優(yōu)化算法的仿真驗(yàn)證,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,本文提出的常微分方程曲線曲面擬合方法算法簡(jiǎn)單,能夠根據(jù)給定數(shù)據(jù)重構(gòu)滿足要求的曲線曲面,而刀位優(yōu)化算法能夠基本滿足給定的約束條件,并且在加工精度、機(jī)床動(dòng)力學(xué)特性方面有較大的改善�？偠灾�,這兩種方法為五軸數(shù)控加工中的模型創(chuàng)建和刀位優(yōu)化問題提供了很好的解決方法,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：五軸加工 微分方程 非線性優(yōu)化 曲線曲面建模 刀位優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 復(fù)雜曲線曲面建模11-12
• 1.2.2 五軸加工刀具姿態(tài)優(yōu)化現(xiàn)狀12-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容14
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)14-16
• 2 基于常微分方程的復(fù)雜曲線曲面建模16-26
• 2.1 常微分方程曲線建模16-22
• 2.1.1 流線、向量場(chǎng)和微分方程16-17
• 2.1.2 常微分曲線定義17-18
• 2.1.3 常微分曲線擬合18-20
• 2.1.4 常微分曲線擬合實(shí)例20-22
• 2.2 常微分方程曲面建模22-23
• 2.2.1 常微分曲面定義22-23
• 2.2.2 常微分曲面擬合23
• 2.3 常微分方程曲線曲面建模23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型26-38
• 3.1 五軸機(jī)床基本結(jié)構(gòu)26-30
• 3.1.1 五軸數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸簡(jiǎn)介26-27
• 3.1.2 常見五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型27-29
• 3.1.3 五軸機(jī)床加工中的坐標(biāo)系29-30
• 3.2 五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型30-37
• 3.2.1 刀具雙擺動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)建模30-32
• 3.2.2 工作臺(tái)雙轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)建模32-35
• 3.2.3 刀具擺動(dòng)與工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)建模35-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 4 五軸數(shù)控加工的刀位優(yōu)化38-57
• 4.1 刀位優(yōu)化的相關(guān)概念及其意義38-39
• 4.1.1 刀位優(yōu)化相關(guān)概念38-39
• 4.1.2 刀位優(yōu)化的意義39
• 4.2 刀位優(yōu)化的約束條件39-45
• 4.2.1 工藝約束40-41
• 4.2.2 刀具運(yùn)動(dòng)約束41-43
• 4.2.3 機(jī)床驅(qū)動(dòng)約束43-45
• 4.3 刀位優(yōu)化的非線性優(yōu)化算法45-56
• 4.3.1 笛卡爾坐標(biāo)系下的刀具姿態(tài)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)45-48
• 4.3.2 機(jī)床驅(qū)動(dòng)約束下的刀具姿態(tài)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)48-50
• 4.3.3 刀具姿態(tài)優(yōu)化的非線性最優(yōu)化模型50-52
• 4.3.4 非線性刀位優(yōu)化算法實(shí)例52-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 5 仿真實(shí)例及結(jié)果分析57-66
• 5.1 基于常微分方程的復(fù)雜曲線曲面建模仿真實(shí)例及結(jié)果分析57-61
• 5.1.1 仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)57
• 5.1.2 仿真實(shí)驗(yàn)程序流程57-59
• 5.1.3 仿真結(jié)果分析59-61
• 5.2 五軸數(shù)控加工的刀位優(yōu)化仿真實(shí)例及結(jié)果分析61-64
• 5.2.1 仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)61
• 5.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)程序流程61-63
• 5.2.3 仿真結(jié)果分析63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況72-73
• 致謝73-74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：591030