冗余自由度下曲面高速进给数控加工机床轴运动研究

发布时间：2017-07-20 13:17

  本文关键词：冗余自由度下曲面高速进给数控加工机床轴运动研究

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【摘要】：高效加工是机械加工的不断追求,其中提高进给速度是提高加工效率的有效手段。在曲面高速进给加工条件下,由于曲面轮廓的复杂性,机床各轴运动加剧,引起机床轴振动冲击,直接影响加工质量,甚至破坏机床内部结构。本文针对曲面高速进给数控加工技术展开研究,提出了一种基于冗余自由度加工的机床各轴运动改善方法,核心是在考虑各轴运动学特性及动力学特性约束的基础上,通过对冗余自由度机床各轴运动的调整,达到以下目标：在保证机床电机不超载的情况,提升进给速度；提高机床轴运动的平稳性,避免机床的振动冲击,以提高工件加工的质量。论文主要工作如下：(1)冗余自由度下机床运动的合成分解。建立机床的运动学变换模型以明确机床各轴运动与实际加工轨迹之间的关系；分析冗余自由度轴的增加如何影响其它轴的运动,作为调整机床轴运动的依据；计算冗余自由度下的非线性加工误差。(2)冗余自由度下机床的运动学与动力学特性分析。根据原始的加工数据,计算机床各轴在整个加工过程中实时的运动学特性,包括进给速度、加速度、加加速度；分析机床轴伺服电机驱动特性和伺服驱动系统的固有特性,推导出机床各轴的运动约束条件；结合以上运动学及动力学特性分析,检验各轴运动是否合理,并确定首先超过运动约束条件的轴。(3)冗余自由度下机床的运动调整。在机床动力学特性约束条件下对超限轴的运动进行调整,并根据冗余自由度下机床各轴的运动合成分解原理,求解除超限轴之外的另两个轴的运动位移,完成对机床各轴运动的调整,使得调整后的各轴运动均满足机床要求,且更加均衡,从而达到减小机床振动冲击、提高表面质量和进给速度的目的。(4)鞋楦曲面五轴数控加工实验。以鞋楦曲面的冗余自由度加工为例,将调整前后的各轴运动数据编入数控程序中,并分别进行加工,对比两次加工效果,验证本文提出的运动调整方法在提高机床稳定性和进给速度方面的有效性。
【关键词】：冗余自由度 高速进给 运动分解 运动学特性 动力学特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 高速进给数控加工技术研究现状11-16
• 1.1.1 复杂曲面刀位轨迹规划11-12
• 1.1.2 数控高速进给加工技术12-14
• 1.1.3 机床运动平稳性研究14-16
• 1.2 研究意义及目的16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-19
• 2 冗余自由度下数控机床运动分解19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 冗余自由度介绍19-21
• 2.3 冗余自由度下机床运动变换21-27
• 2.3.1 五轴机床分类及相关坐标系定义22-23
• 2.3.2 五轴数控机床运动变换23-26
• 2.3.3 三轴机床运动变换26-27
• 2.4 冗余自由度下机床运动分解原理27-34
• 2.4.1 X轴为超限轴28-31
• 2.4.2 Y轴为超限轴31-32
• 2.4.3 C轴为超限轴32-34
• 2.5 非线性加工误差分析34-37
• 2.6 本章小结37-39
• 3 机床运动学与动力学特性分析39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 机床各轴运动学特性分析39-44
• 3.2.1 相邻代码加工时间计算39-40
• 3.2.2 各轴进给速度、加速度、加加速度计算40-44
• 3.3 机床动力学特性分析44-51
• 3.3.1 机床各轴动力学建模44-46
• 3.3.2 机床各轴动力学方程46-48
• 3.3.3 机床动力学特性约束因素分析48-50
• 3.3.4 机床运动约束条件计算50-51
• 3.4 机床运动分析实例51-55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 冗余自由度下机床各轴运动调整57-77
• 4.1 引言57
• 4.2 机床轴运动调整方案57-59
• 4.3 超限轴加速度调整59-65
• 4.3.1 约束超限轴进给速度59-60
• 4.3.2 约束超限轴加速度60-63
• 4.3.3 加速度曲线光顺63-65
• 4.4 超限轴速度、位移反算65-73
• 4.4.1 反算超限轴速度66-68
• 4.4.2 速度积累误差处理68-70
• 4.4.3 反算超限轴位移坐标70-73
• 4.5 其它轴运动变化分析73-75
• 4.6 本章小结75-77
• 5 鞋楦五轴数控加工实验77-87
• 5.1 引言77
• 5.2 机床加速度测量实验77-81
• 5.3 鞋楦加工实验81-84
• 5.4 实验结果对比分析84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 6 总结展望87-89
• 参考文献89-93
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果93-97
• 学位论文数据集97

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本文编号：568208