基于机床运动学的曲面五轴加工刀矢光顺方法
发布时间：2021-11-22 15:01
航空航天领域的高速发展促使满足高端装备性能要求的复杂曲面零件广泛应用,然而曲面复杂的结构增加其加工难度。五轴数控加工具有灵活的刀具姿态,是实现复杂曲面零件高效加工的有效手段。由于型面特征复杂使其加工过程中相邻刀触点间的刀轴矢量突变而导致机床旋转进给轴角速度和角加速度激增,严重影响加工过程的稳定性,造成加工质量下降;且受各轴运动能力的限制,实际进给速度会因刀轴矢量突变而骤降,难以达到指令值,影响加工效率。目前商用CAM软件常采用固定前倾角和倾斜角方法生成刀轴矢量,在加工复杂曲面零件过程中采用保守的进给速度,以满足旋转轴的运动能力限制,因而无法实现零件的高质高效加工。综上可知,合理规划刀轴矢量不仅可使曲面加工过程中旋转进给轴运行平稳,而且对保证零件加工质量具有重要意义。鉴于此,本文考虑机床旋转进给轴运动学特性约束,研究刀轴矢量的优化方法,主要内容如下:首先,研究了刀具轨迹求解方法和机床动态特性计算方法。通过建立参数曲面方程,结合残余高度与弦高误差约束,求解刀轨行距与走刀步长,得到复杂曲面加工的刀位文件。根据刀轴矢量在不同坐标系之间的转换关系,推导机床运动学与逆运动学计算模型。在此基础上推导...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复杂曲面刀具轨迹生成研究现状
1.2.2 刀轴矢量干涉检查与避免研究现状
1.2.3 刀轴矢量光顺规划研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
2 五轴机床运动学计算与分析
2.1 复杂曲面相关知识与五轴数控加工概述
2.1.1 复杂曲线数学模型表述
2.1.2 复杂曲面模型与特征计算
2.2 五轴加工刀具轨迹生成算法
2.2.1 刀具轨迹相关概念
2.2.2 刀具轨迹规划方法
2.2.3 刀触点与刀位点转换计算
2.2.4 刀轨行距与走刀步长计算
2.3 五轴机床结构与逆运动学变换
2.3.1 五轴数控机床结构
2.3.2 五轴机床坐标系变换方法
2.3.3 五轴数控机床逆运动学求解
2.4 运动学参数计算分析
2.5 本章小结
3 基于四元数方法的刀轴矢量局部优化
3.1 曲面加工中刀具姿态的表达
3.1.1 刀具姿态表达简介
3.1.2 四元数方法简介
3.2 刀轴矢量局部优化方法
3.2.1 刀轴矢量优化区间选择
3.2.2 基于四元数方法优化区间内刀轴矢量
3.2.3 最小二乘拟合原则的刀轴矢量局部调整
3.3 刀轴矢量局部优化仿真分析
3.4 刀轴矢量局部优化实验验证
3.5 本章小结
4 基于角加速度最小的刀轴矢量全局优化
4.1 刀轴矢量全局优化方法
4.1.1 刀触点处刀轴矢量可行空间求解
4.1.2 确定关键刀轴矢量方法
4.1.3 刀轨分区域全局刀轴矢量优化与调整
4.2 刀轴矢量全局优化仿真分析
4.3 刀轴矢量全局优化实验验证
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]环形铣刀在五轴加工中的基于切削力模型的位姿优化[J]. 杨振玲,杜娟,闫献国,智红英. 机械工程师. 2016(08)
[2]基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法[J]. 徐汝锋,陈志同,孟凡军,张云,吴献珍. 机械工程学报. 2015(23)
[3]复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展[J]. 樊文刚,叶佩青. 机械工程学报. 2015(15)
[4]复杂曲面五轴加工干涉检查的研究[J]. 王国勋,舒启林,王军,王宛山. 中国机械工程. 2014(03)
[5]复杂曲面五轴数控加工刀轴矢量优化方法研究[J]. 周波,赵吉宾,刘伟军. 机械工程学报. 2013(07)
[6]利用调和映射的复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法[J]. 陈晓兵,廖文和,戴宁,杨峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2012(11)
[7]平底刀最优刀轴矢量规划算法[J]. 章永年,赵东标,陆永华,刘凯. 机械工程学报. 2012(05)
[8]五轴加工全局干涉检查及其避免[J]. 李万军,赵东标,牛敏,刘凯. 计算机集成制造系统. 2011(05)
[9]五轴联动叶片加工中心发展现状及其结构特点[J]. 颜克辉,孔详志,罗志久,徐吉存,李鹏. 金属加工(冷加工). 2011(02)
[10]五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法[J]. 耿聪,于东,张晓辉. 中国机械工程. 2010(24)
博士论文
[1]五轴数控加工无干涉无奇异高效轨迹生成与优化研究[D]. 林志伟.浙江大学 2014
硕士论文
[1]薄壁曲面零件加工变形匀化的瞬时切削量规划研究[D]. 刘振.大连理工大学 2018
[2]S形试件五轴数控加工刀轴姿态求解与优化研究[D]. 周晶.浙江大学 2018
[3]运动学特性约束下曲面高速进给数控加工轨迹规划[D]. 张风磊.北京交通大学 2017
本文编号：3511933
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复杂曲面刀具轨迹生成研究现状
1.2.2 刀轴矢量干涉检查与避免研究现状
1.2.3 刀轴矢量光顺规划研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
2 五轴机床运动学计算与分析
2.1 复杂曲面相关知识与五轴数控加工概述
2.1.1 复杂曲线数学模型表述
2.1.2 复杂曲面模型与特征计算
2.2 五轴加工刀具轨迹生成算法
2.2.1 刀具轨迹相关概念
2.2.2 刀具轨迹规划方法
2.2.3 刀触点与刀位点转换计算
2.2.4 刀轨行距与走刀步长计算
2.3 五轴机床结构与逆运动学变换
2.3.1 五轴数控机床结构
2.3.2 五轴机床坐标系变换方法
2.3.3 五轴数控机床逆运动学求解
2.4 运动学参数计算分析
2.5 本章小结
3 基于四元数方法的刀轴矢量局部优化
3.1 曲面加工中刀具姿态的表达
3.1.1 刀具姿态表达简介
3.1.2 四元数方法简介
3.2 刀轴矢量局部优化方法
3.2.1 刀轴矢量优化区间选择
3.2.2 基于四元数方法优化区间内刀轴矢量
3.2.3 最小二乘拟合原则的刀轴矢量局部调整
3.3 刀轴矢量局部优化仿真分析
3.4 刀轴矢量局部优化实验验证
3.5 本章小结
4 基于角加速度最小的刀轴矢量全局优化
4.1 刀轴矢量全局优化方法
4.1.1 刀触点处刀轴矢量可行空间求解
4.1.2 确定关键刀轴矢量方法
4.1.3 刀轨分区域全局刀轴矢量优化与调整
4.2 刀轴矢量全局优化仿真分析
4.3 刀轴矢量全局优化实验验证
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]环形铣刀在五轴加工中的基于切削力模型的位姿优化[J]. 杨振玲,杜娟,闫献国,智红英. 机械工程师. 2016(08)
[2]基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法[J]. 徐汝锋,陈志同,孟凡军,张云,吴献珍. 机械工程学报. 2015(23)
[3]复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展[J]. 樊文刚,叶佩青. 机械工程学报. 2015(15)
[4]复杂曲面五轴加工干涉检查的研究[J]. 王国勋,舒启林,王军,王宛山. 中国机械工程. 2014(03)
[5]复杂曲面五轴数控加工刀轴矢量优化方法研究[J]. 周波,赵吉宾,刘伟军. 机械工程学报. 2013(07)
[6]利用调和映射的复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法[J]. 陈晓兵,廖文和,戴宁,杨峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2012(11)
[7]平底刀最优刀轴矢量规划算法[J]. 章永年,赵东标,陆永华,刘凯. 机械工程学报. 2012(05)
[8]五轴加工全局干涉检查及其避免[J]. 李万军,赵东标,牛敏,刘凯. 计算机集成制造系统. 2011(05)
[9]五轴联动叶片加工中心发展现状及其结构特点[J]. 颜克辉,孔详志,罗志久,徐吉存,李鹏. 金属加工(冷加工). 2011(02)
[10]五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法[J]. 耿聪,于东,张晓辉. 中国机械工程. 2010(24)
博士论文
[1]五轴数控加工无干涉无奇异高效轨迹生成与优化研究[D]. 林志伟.浙江大学 2014
硕士论文
[1]薄壁曲面零件加工变形匀化的瞬时切削量规划研究[D]. 刘振.大连理工大学 2018
[2]S形试件五轴数控加工刀轴姿态求解与优化研究[D]. 周晶.浙江大学 2018
[3]运动学特性约束下曲面高速进给数控加工轨迹规划[D]. 张风磊.北京交通大学 2017
本文编号：3511933
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3511933.html
