面向连续短线段高速加工的平滑转接及前瞻控制研究

发布时间：2017-09-25 01:02

  本文关键词：面向连续短线段高速加工的平滑转接及前瞻控制研究

  更多相关文章： 五轴加工 NURBS曲线 刀具路径光顺 前瞻控制算法 S加减速算法

【摘要】：高速高精度数控加工主要应用于由复杂曲线曲面离散形成的一系列连续短线段的加工。针对数控加工一阶线性不连续刀路时,速度、加速度突变会影响机床运动平稳性问题,本文通过研究三轴数控加工曲面的线性刀路局部转接原理及其平滑过渡的实现,探讨适用于五轴加工复杂曲面时线性刀路的局部平滑过渡设计方案。综合考虑路径平滑转接算法、加减速控制算法、前瞻控制算法,展开复杂曲面五轴高效高精加工刀路局部光顺研究,实现速度和加速度的连续平滑变化,最大限度满足五轴机床高效高精加工。本文的主要研究内容及取得的成果如下:一.深入研究了前瞻控制算法、S加减速算法及光顺过渡NURBS曲线等的理论和实现,为后续章节中采用NURBS曲线进行拐角光顺及提出的前瞻S加减速控制算法奠定坚实的理论基础。二.针对连续短线段高速加工中速度和加速度突变会引起机床运动不平稳的问题,提出在相邻线段的转接处构建满足精度且曲率连续的NURBS圆弧过渡路径,实现拐角平滑转接。在此基础上,提出一种圆弧过渡的前瞻控制算法,采用7段和5段混合的双向S加减速控制算法进行速度规划,旨在满足弦高误差和机床动力学条件下获得最大转接速度,避免机床频繁启停,实现速度与加速度的连续高速平滑过渡,大大减少对机床的冲击。算例表明,该算法能获得更高更平稳的转接速度,有效提高加工效率和加工质量,满足高速加工的需求。三.针对五轴离散刀位构成的刀路是一阶线性不连续的,导致刀具加工运动时,速度和加速度会在线性路径的拐角处发生突变,影响工件的加工质量。本文提出分别在刀具中心点路径和刀轴点路径的拐角处,构建满足精度约束且曲率连续(G2连续)的等距三次NURBS曲线,实现五轴线性路径的光顺转接,消除线性轨迹的一阶不连续。在此基础上,分别构建双NURBS路径和平移路径间的参数同步关系,实现刀具平移和旋转的平滑变化。最后通过叶轮叶片实验,表明本算法在满足误差约束的同时,生成达到G2连续的等距双NURBS曲线刀路,进而获得更好的零件加工质量。四.分析五轴侧铣加工的等距双NURBS刀具路径,针对所给定的五轴联动数控机床以及机床各轴的伺服能力约束下,机床各轴的速度和加速度的极值范围,推导五轴联动等距双NURBS刀路插补中进给速度和进给加速度的可行范围,使插补器的输出命令满足机床各轴伺服能力的约束。综上,本文以三轴路径局部平滑转接模型为基础,提出在工件坐标系下对相邻五轴线性刀路进行平滑过渡,获取满足精度且达到G2连续的五轴等距双NURBS平滑转接模型。根据机床各轴伺服能力约束下,机床各轴的速度和加速度的极值范围,推导五轴联动等距双NURBS刀路插补中进给速度和加速度的可行范围,建立适合五轴刀路转接平滑插补的运动学模型。
【关键词】：五轴加工 NURBS曲线 刀具路径光顺 前瞻控制算法 S加减速算法
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题的来源13
• 1.2 课题的背景及目的与意义13-14
• 1.2.1 课题的背景13
• 1.2.2 课题目的与意义13-14
• 1.3 五轴数控加工简介14-22
• 1.3.1 五轴数控加工技术14-17
• 1.3.2 刀具路径光顺17-20
• 1.3.3 速度规划20-22
• 1.4 主要研究内容22-25
• 第二章 基于光顺过渡的前瞻速度规划理论25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 前瞻控制的基本原理与实现26-29
• 2.2.1 前瞻控制的基本原理26-27
• 2.2.2 前瞻控制的实现原理27-29
• 2.3 前瞻速度平滑处理中的S曲线加减速速度规划29-32
• 2.3.1 S曲线加减速速度规划29-31
• 2.3.2 S曲线加减速进行前瞻速度平滑的处理流程31-32
• 2.4 NURBS曲线32-35
• 2.4.1 NURBS曲线的定义32-34
• 2.4.2 NURBS曲线的优缺点34
• 2.4.3 NURBS曲线的求值34-35
• 2.4.4 NURBS曲线导矢的计算35
• 2.5 NURBS曲线的生成35-40
• 2.5.1 节点矢量的计算36-38
• 2.5.2 曲线前后端的边界条件38-39
• 2.5.3 计算控制顶点39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法41-55
• 3.1 引言41-42
• 3.2 拐角圆弧过渡模型42-44
• 3.2.1 (?)的二次NURBS圆弧42-43
• 3.2.2 (?)的二次NURBS圆弧43-44
• 3.2.3 曲率连续44
• 3.3 圆弧过渡前瞻控制44-50
• 3.3.1 圆弧构建45-46
• 3.3.2 转接速度的确定46-47
• 3.3.3 圆弧过渡速度平滑处理47-50
• 3.4 算例与分析50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 基于双NURBS曲线平滑的五轴加工路径局部拐角光顺算法55-71
• 4.1 引言55-56
• 4.2 五轴路径局部拐角光顺算法56-62
• 4.2.1 五轴路径拐角双NURBS曲线的表示56-57
• 4.2.2 刀尖点线性路径的拐角光顺57-61
• 4.2.3 G~2光顺的五轴路径拐角双NURBS过渡模型的建立61-62
• 4.3 G~2连续的五轴路径的参数同步62-65
• 4.3.1 拐角双NURBS曲线的参数同步62-64
• 4.3.2 线性路径段的同步64-65
• 4.4 仿真与实验65-70
• 4.4.1 算例仿真65-68
• 4.4.2 侧铣叶片实验68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 五轴加工双NURBS光顺刀路的速度规划71-80
• 5.1 五轴机床各轴伺服约束下的速度71-73
• 5.1.1 五轴等距双NURBS光顺刀路的机床各轴坐标71-72
• 5.1.2 五轴加工等距双NURBS光顺刀路的机床各轴速度72
• 5.1.3 五轴机床各轴约束下的最大速度72-73
• 5.2 五轴机床各轴伺服约束下的加速度73-75
• 5.2.1 五轴加工等距双NURBS光顺刀路的机床各轴加速度73-74
• 5.2.2 五轴机床各轴约束下的最大加速度74-75
• 5.3 五轴等距双NURBS刀具路径同步插补75-77
• 5.4 实验验证77-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-83
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果88-89
• 致谢89-90

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本文编号：914458