面向五轴高速加工的高品质刀具路径规划研究

发布时间：2017-10-26 15:47

  本文关键词：面向五轴高速加工的高品质刀具路径规划研究

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【摘要】：五轴数控加工已成为复杂曲面零件高效加工的重要手段,主要通过改变刀轴的方向提高刀具可达性,避免刀具和工件之间的干涉。论文针对由离散刀位构成的一阶线性不连续刀路会影响机床运动平稳性问题,提出在工件坐标系下对线性刀路进行光顺,获取满足精度且达到G1以上连续的等距双NURBS刀具路径。本文研究的主要内容及获得的创新性成果如下:一.论文从线几何和对偶四元数角度研究刀具沿插值刀具路径运动时的表达式,利用对偶四元数B样条矢量函数拟合线性刀路,插值得到描述刀具中心点和刀轴点运动轨迹的等距双NURBS曲线刀具路径,从而获得无干涉适应高速加工的刀具运动轨迹。仿真实验表明,用提出的算法对工件坐标系中的线性刀路进行光顺,能够获得满足拟合精度且达到G1以上连续的等距双NURBS刀具路径。二.基于对偶四元数生成等距双NURBS刀具路径的方法,虽然能使两条曲线在刀位点数据处的间距相等,但是不能保证在刀位点数据间的任意位置都是等距的。因此,论文提出了在高斯球面中光顺刀轴矢量曲线的方法,用以解决生成的等距双NURBS曲线刀路中两条曲线对应间距有可能不相等的问题。由于基于高斯球面生成的两条曲线参数不同,论文构建了一种等距双NURBS曲线参数同步模型,用来解决等距双NURBS刀具路径的同步插补问题。仿真算例表明,所提算法可以生成等距双NURBS刀具路径且参数同步插补模型的精度达到10-5mm级数以下且主要集中在10-6mm级数上。三.论文通过分析生成的等距双NURBS刀路运动轨迹,推导出任一瞬时刀轴的速度场分布,针对任意给定的五轴机床结构和机床各轴伺服能力约束,推导五轴等距双NURBS曲线插补中机床各轴产生的速度、加速度与进给速度及进给加速度之间关系,使插补器的输出命令不超出机床各轴的伺服能力。在实际应用中,论文提出的五轴等距NURBS刀具路径光顺算法不仅能够提高切削过程的平稳性,减少机床频繁的加减速从而提高整个加工的切削效率,而且可以大大提高工件曲面的加工精度,改善曲面的粗糙度并提高曲面的光顺性,具有很强的工程实际意义。
【关键词】：对偶四元数 五轴加工 等距双NURBS 刀具路径规划
【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】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题的来源13
• 1.2 课题的学术背景及目的与实际意义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14-19
• 1.3.1 数控技术的现状、特点和发展趋势14-15
• 1.3.2 五轴数控加工技术15-19
• 1.4 国内外文献综述19-21
• 1.4.1 NURBS刀具路径生成技术19-20
• 1.4.2 NURBS 曲线的拟合算法20-21
• 1.5 主要研究内容21-23
• 第二章NURBS曲线基础及理论23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 Bezier曲线24-25
• 2.3 B样条曲线25-27
• 2.4 NURBS曲线27-33
• 2.4.1 NURBS曲线的定义27-29
• 2.4.2 NURBS曲线的性质29-31
• 2.4.3 NURBS曲线的优缺点31
• 2.4.4 NURBS曲线的求值31-32
• 2.4.5 NURBS曲线导矢的计算32-33
• 2.5 NURBS曲线生成算法33-37
• 2.5.1 节点矢量的计算33-35
• 2.5.2 曲线前后端的边界条件35-36
• 2.5.3 计算型值点的控制顶点36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 基于对偶四元数的五轴等距双NURBS刀路规划38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 等距双NURBS刀路的生成38-42
• 3.2.1 刚体运动位移的四元数表示38-39
• 3.2.2 五轴刀位的对偶四元数表达39-41
• 3.2.3 五轴联动刀具的B样条运动41-42
• 3.3 五轴等距双NURBS刀具路径42-43
• 3.4 五轴等距双NURBS刀路G代码生成43-44
• 3.5 算例与分析44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 基于高斯球面优化的等距双NURBS刀路生成与插补46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 五轴加工双NURBS曲线格式47-48
• 4.3 基于高斯球面优化的五轴等距双NURBS刀具路径48-52
• 4.3.1 刀具中心点NURBS曲线 (uP) 的生成49-50
• 4.3.2 基于高斯球面优化的刀轴点NURBS曲线 (wQ) 的生成50-52
• 4.4 基于参数同步的五轴等距双NURBS刀具路径插补52-55
• 4.4.1 构建曲线参数关系模型52-53
• 4.4.2 等距双NURBS刀具路径的插补53-55
• 4.5 算例仿真55-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 五轴加工等距双NURBS插补的速度规划62-75
• 5.1 刀具速度场分布和约束62-66
• 5.1.1 刀具速度场分布62-64
• 5.1.2 刀具速度场约束对进给速度的限制64-66
• 5.2 五轴加工等距双NURBS插补中的机床各轴速度、加速度及其约束66-70
• 5.2.1 五轴加工等距双NURBS插补中的机床各轴坐标66
• 5.2.2 五轴加工等距双NURBS插补中的机床各轴速度66-67
• 5.2.3 五轴机床各轴速度约束67
• 5.2.4 五轴加工等距双NURBS插补中的机床各轴加速度67-70
• 5.3 机床各轴最大加速度约束确定的最大进给速度、加速度70-72
• 5.3.1 机床各轴最大加速度约束确定的最大进给速度70
• 5.3.2 机床各轴最大加速度约束确定的可行进给加速度范围70-72
• 5.4 综合约束下的可行进给速度与加速度范围72
• 5.5 仿真实验72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-78
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-83
• 附录83-85
• 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85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王兴波,李圣怡;自动计算NURBS初始权因子的方法[J];航空学报;2001年02期

2 杨旭静;杨钦文;;基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年10期

3 张力,张云海,邓稼，

本文编号：1099357